PENGARUH PENAMBAHAN TAWAS, ZEOLIT, DAN KAPUR TERHADAP LIMBAH CAIR GULA DENGAN PROSES OZONISASI : SUATU UPAYA UNTUK

MENURUNKAN NILAI BOD DAN COD

Noor Afifah Jurusan Kimia

Universitas Negeri Semarang afifah.inteligente@gmail.com

ABSTRAK

Proses ozonisasi pada limbah cair industri gula diambil dari Pabrik Gula Pesantren Baru, Kediri. Sebelum diproses lebih lanjut, limbah awal disaring terlebih dahulu dengan lapisan pasir, untuk menghilangkan kotoran-kotoran yang ada dalam limbah. Kemudian pH awal limbah dibuat 8 dengan penambahan susu kapur. Setelah itu diperlakukan memakai tawas dan zeolit dengan konsentrasi divariasi dari 0,6 ; 0,8 ; 1,0 dan 1,2 % (% berat). Setiap perlakuan diozonisasi 45 menit. Sedangkan untuk penambahan kapur, pH limbah tidak dibuat 8, karena dengan penambahan kapur pH limbah sudah tinggi (>11). Hasil proses dilakukan analisis Biologycal Oxygen Demand (BOD) dan Chemical Oxygen Demand (COD). Dari analisis dapat diambil kesimpulan bahwa pemakaian bahan-bahan koagulan dan absorben tawas, zeolit dan kapur yang dikombinasikan dengan proses ozonisasi dapat menurunkan nilai BOD dan COD limbah cair industri gula sampai memenuhi baku mutu. Kata kunci: ozonisasi, BOD, COD, limbah gula

PENDAHULUAN

Dengan semakin pesat perkembangan industri di Indonesia, tidak dapat dipungkiri

bahwa masalah pencemaran lingkungan akibat limbah industri sudah sangat mendesak untuk

diwaspadai. Pembangunan industri di Indonesia diharapkan dapat meningkatkan

kesejahteraan masyarakat, bila dalam perumusan kebijaksanaan pembangunan industri tidak

memasukkan unsur-unsur pertimbangan yang berorientasi pada komponen lingkungan air,

udara dan tanah maka akan mengalami penurunan kualitas yang mungkin substansial sebagai

pencemar oleh limbah industri.

Berbagai industri saat ini, termasuk industri gula, banyak membuang limbah ke

sungai tanpa ada pengolahan terlebih dahulu atau sudah dilakukan pengolahan tetapi masih

belum memenuhi baku mutu limbah cair yang sudah ditetapkan oleh pemerintah, dengan

demikian limbah tersebut dapat menganggu lingkungan sekitarnya.

Menurut peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 05 Tahun 2010 tentang

Baku Mutu Air Limbah bagi Industri Gula, seperti yang tercantum pada Tabel 1, baku mutu

air limbah bagi industri gula dengan kapasitas kurang dari 2.500 ton tebu yang diolah per

hari, sebagai berikut :

Tabel 1. Baku mutu limbah cair gula (sumber : MENLH Bidang Penataan Lingkungan)

Selanjutnya pada Tabel 2, mengenai baku mutu air limbah bagi industri gula dengan

kapasitas antara 2.500 sampai dengan 10.000 ton tebu yang diolah per hari, sebagai berikut :

Tabel 2. Baku mutu limbah cair gula (sumber : MENLH Bidang Penataan Lingkungan)

Terakhir mengenai baku mutu air limbah bagi industri gula dengan kapasitas lebih dari

10.000 ton tebu yang diolah per hari**, terdapat pada Tabel 3 berikut :

Tabel 3. Baku mutu limbah cair gula (sumber : MENLH Bidang Penataan Lingkungan)

Dalam proses produksi gula dari tanaman tebu yang diproses sampai menjadi gula

kasar atau gula murni hingga mempunyai nilai jual yang tinggi, memiliki hasil samping

produk berupa limbah. Limbah yang dihasilkan berupa limbah padat yaitu ampas tebu dari

proses penggilingan dan penyaringan kotoran setelah dari proses pemerasan tebu, juga limbah

cair yang berasal dari air pendingin kondensor baromatik, air pendingin, air proses dari

pencucian pada penghilangan warna, pencucian endapan saringan tekan, dan air cuci

peralatan pabrik.

Langkah yang harus dilakukan untuk mengurangi pencemaran, khususnya

pencemaran air adalah dengan mengolah air buangan tersebut sebelum di buang ke badan

sungai, salah satu langkah yang dapat dilakukan untuk mengurangi tingkat pencemaran yaitu

dengan penyerapan (adsorbsi) menggunakan zeolit maupun bahan pengendap (koagulan)

tawas dan perlakuan menggunakan ozon (O3). Zeolit digunakan untuk mengikat koloid-

koloid dalam limbah, tawas berfungsi mengendapkan koloid dan ozon untuk mereduksi

senyawa organik, bau, warna dan menurunkan COD dan BOD. Sebelum dimanfaatkan

sebagai adsorben, dilakukan proses aktivasi terhadap zeolit alam yang akan dipakai.

Isyuniarto, dkk. 2005, hasil penilitian dilaporkan bahwa semakin tinggi bahan isian

(zeolit) yang digunakan maka kadar BOD dan COD semakin kecil. Penelitian tentang

kemampuan tawas yang bertujuan untuk menurunkan pertikel yang banyak terkandung dalam

air limbah pabrik tahu. Hal ini dikarenakan proses ozonasi tidak akan efektif jika masih

terdapat banyak partikulat padat yang akan menghalangi reaksi antara ozon dengan zat

organik dalam air limbah. Ozon memiliki peran besar dalam menurunkan BOD dan COD,

karena ozon merupakan oksidator yang sangat kuat yaitu dengan adanya atom oksigen yang

tidak stabil, sehingga sangat reaktif (Isyuniarto, dkk. 2005). Penelitian lain menunjukkan

bahwa dengan menggunakan ozon sebagai oksidator maka akan menambah jumlah senyawa

OH- dan radikal O* yang terbentuk dalam larutan. Apalagi bila ditambahkan kapur, sebagai

pengatur pH larutan, maka jumlah senyawa radikal OH- semakin banyak. Sehingga di dalam

larutan limbah terdapat tiga senyawa oksidator yang terjadi secara bersama-sama yaitu

radikal OH-, radikal O* dan ozon sendiri. Ketiga senyawa ini sangat efektif untuk

mendegradasi BOD, COD dan fosfat.

Berdasarkan data-data penelitian di atas, penelitian kinerja ozon dalam mengoksidasi

zat-zat organik dalam limbah masih perlu dikembangkan lebih mendalam. Suatu penelitian

yang lain hasilnya belum menunjukkan konsistensi baik ditinjau dari penambahan tawas,

zeolit dan kapur dengan proses ozonasi. Maka dari itu, penulis menghubungkan pengaruh

penambahan tawas, zeolit dan kapur pada proses ozonisasi untuk mengurangi nilai baku mutu

BOD dan COD limbah cair gula.

Nilai Kadar BOD dan COD pada Air Limbah Gula

Sumber utama air limbah gula adalah air pendingin pada kondensor barometik, air

proses dari pencucian pada penghilangan warna, pencucian endapan saringan tekan, dan air

cuci lantai dan alat, mempunyai laju alir lebih rendah tetapi mempunyai nilai BOD yang

tinggi (sampai 5000 mg/L) dan padatan tersuspensi yang kadar organiknya relatif rendah. Air

limbah yang terkumpul mempunyai BOD yang berkisar dari 300 sampai 2000 mg/L dan TSS

dari 200 sampai 800 mg/L, tergantung pada faktor proses produksi yang terjadi di dalam

pabrik khususnya pada proses pemurnian gula. Limbah cair pabrik gula pada umumnya tidak

mengandung limbah berbahaya atau beracun. Operasi pemurnian yang hanya menghasilkan

gula cair membangkitkan laju alir separuhnya, akan tetapi kadar BOD dua kali pabrik gula

kristal. Di Indonesia produksi gula bersifat musiman, yaitu 5 sampai 6 bulan dalam setahun.

Adapun parameter utama untuk pabrik penggilingan tebu dan pemurnian gula, adalah BOD

dan COD. Parameter sekunder adalah TSS, dan pH, temperatur, nitrogen, minyak dan lemak,

sulfida dan padatan keseluruhan. Khusus untuk penelitian kali ini yang akan diamati adalah

besaran BOD dan COD, karena keterbatasan waktu yang tersedia di PG Pesantren Baru,

Kediri Jawa Timur (Isyuniarto, dkk. 2007).

Pemeriksaan Nilai BOD pada Proses Pemurnian Gula

Analisis Biological Oxygen Demand (BOD) atau kebutuhan oksigen biologis adalah

suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis

yang terjadi didalam air. Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri

untuk mendegradasi hampir semua zat organik yang terlarut termasuk zat organik yang

tersuspensi didalam air. Reaksi oksidasi yang dapat terjadi dituliskan sebagai berikut :

CnHaObNc + (n+a/4–b/2–3c/4) O2 nCO2 + (a/2 – 3c/2)H2O + cNH3 ........................... (1)

Reaksi tersebut memerlukan kira-kira 2 hari untuk 50% reaksi tercapai, 5 hari untuk

75% reaksi dan 20 hari untuk 100% reaksi . Untuk pemeriksaan angka BOD dilakukan

pengukuran oksigen terlarut dalam sampel air sebelum inkubasi dan setelah 5 hari inkubasi

pada suhu konstan 20°C sebagai taksiran jumlah beban pencemar yang dikandung dalam air.

BOD dihasilkan dari tumpahan tetes tebu dari proses pemurnian gula.

Chemical Oxygen Demand (COD)

Chemical Oxygen Demand (COD) atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah

oksigen (mg O2) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organis yang ada dalam 1 liter

sampel air, dimana pengoksidasian K2Cr2O7 digunakan sebagai sumber oksigen (Oxidizing

agent). Angka COD merupakan ukuran bagi pencemar air oleh zat-zat organis secara alamiah

dapat dioksidasi melalui proses ikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen

terlarut di dalam air. COD dihasilkan dari penambahan senyawa kimia dalam proses sulfitasi

atau pemurnian gula.

Penggunaan Tawas, Zeolit, dan Kapur dengan Proses Ozonisasi

Aktivasi terhadap zeolit dapat dilakukan dengan dua cara yaitu secara fisis dan secara

kimiawi. Aktivasi secara fisis berupa pemanasan zeolit pada suhu dan waktu tertentu dengan

tujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga luas

permukaan pori-pori bertambah, dan untuk mengaktifkan kembali zeolit yang sudah dipakai

beberapa kali dapat pula dilakukan dengan mencuci zeolit dengan menggunakan HCl 0,1 N.

Sedangkan aktivasi secara kimia dilakukan dengan larutan asam (H2SO4) atau dengan basa

(NaOH), dengan tujuan untuk membersihkan permukaan pori-pori, membuang senyawa

pengotor, dan menyusun kembali letak atom yang akan dipertukarkan. Untuk perlakuan

secara fisis, zeolit dapat dipanaskan pada suhu 300ºC selama 4 - 5 jam.

Teknologi pembuatan ozon yang dapat menggunakan metoda plasma lucutan

terhalang dielektrik (dielectric barrier discharge) 5,6 atau karena lucutannya yang nyaris tak

terdengar maka metode ini sering dikatakan metode plasma lucutan senyap. Untuk

mendukung penyempurnaan aplikasi, dengan metode ini akan dirancang bangun ozonizer

dengan keluaran daya 1.000 – 1.500 watt. Keunggulan teknologi lucutan senyap dibanding

dengan teknologi sinar UV adalah efisiensi ozon yang dihasilkan lebih besar.

Volume limbah cair setiap perlakuan adalah 1 liter, dengan pH awal dibuat 8 dengan

penambahan susu kapur. Kemudian limbah diperlakukan memakai tawas dengan variasi

berat: 0,6 ; 0,8 ; 1,0 dan 1,2 % (% berat). Setelah itu diozonisasi 45 menit. Kemudian hasil

perlakuan dianalisis BOD dan COD-nya. Pekerjaan ini diulang dengan mengganti tawas

dengan zeolit dan kapur. Sedangkan untuk penambahan kapur, pH limbah tidak dibuat 8,

karena dengan penambahan kapur pH limbah sudah tinggi (>11). Analisis BOD dan COD

dilakukan di Laboratorium Fakultas Pertanian Universitas Brawijaya, Malang.

Pembahasan

Limbah cair yang dijadikan sampel adalah limbah cair keluaran proses kristalisasi

gula dan keluaran unit pendingin. Proses yang dilakukan selama ini adalah limbah

diendapkan dalam kolam dan dilakukan aerasi, setelah satu hari mengendap kemudian

beningannya disirkulasi kembali lagi ke dalam pabrik untuk keperluan proses. Dari perlakuan

semacam ini dimungkinkan BOD dan COD dalam air limbah semakin tinggi. Sehingga

kurang efektif untuk digunakan dan juga dapat merusak alat-alat proses. Oleh karena itu

diperlukan suatu tindakan untuk menurunkan nilai BOD dan COD, sehingga apabila air

limbah tersebut digunakan kembali untuk tujuan proses akan menjadi lebih aman. Lebih-lebih

lagi bila air limbah tersebut langsung dibuang ke sungai. Pengaruh penambahan zeolit, tawas

dan kapur terhadap nilai BOD dapat dilihat pada Gambar 1.

Tawas merupakan bahan koagulan yang sering digunakan di pengolahan air minum

ataupun pada air buangan domestik dan industri, ini disebabkan bahwa tawas dapat

mengurangi konsentrasi warna, bau, kekeruhan. Sehingga nantinya diinginkan hasil akhir

pengolahan air limbah yang cukup jernih. Dalam perlakuan limbah yang pertama ini

digunakan koagulan tawas yang telah dihaluskan, sehingga dalam proses ozonisasi nantinya

didapatkan hasil yang optimal karena semakin kecil ukuran butiran tawas maka daya

penyerapannya semakin tinggi. Demikian juga untuk zeolit, dimaksudkan untuk menyerap

koloidkoloid yang ada dalam limbah, akan tetapi harga zeolit lebih mahal dibandingkan harga

tawas. Sedangkan pemakaian kapur tujuan utamanya adalah menaikkan pH limbah >8,0. Hal

ini dikarenakan ozon lebih efektif bekerja pada pH >7,0 (ke arah basa), seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 2. Sehingga bila pH limbah dibuat >7 akan mempercepat degradasi

organik, yang pada akhirnya BOD limbah menjadi turun.

Gambar 1. Pengaruh penambahan tawas, zeolit dan kapur terhadap nilai BOD pada limbah, dengan waktu

ozonisasi 45 menit. (Isyuniarto, dkk. 2007)

Gambar 2. Hubungan antara umur ozon (menit) dengan pH larutan (Isyuniarto, dkk. 2007)

Dari Gambar 1 terlihat bahwa ozon memiliki peran besar dalam menurunkan BOD,

karena ozon merupakan oksidator yang kuat yaitu dengan adanya unsur oksigen yang tidak

stabil, sehingga sangat reaktif. Hal ini dapat diterangkan dalam reaksi berikut ini :

O2 + radisi UV O* ....................... (2)

O* + O2 O3 ....................... (3)

Gambar 3. Reaksi pembentukan ozon (O3) (Isyuniarto, dkk. 2005)

O* ini bersifat radikal sehingga apabila bertumbukan dengan air akan membentuk ion

hidroksil (OH-), membentuk OH- radikal, yang kemudian pada gilirannya akan berperan

dalam merombak ikatan-ikatan dari persenyawaan kimia, baik organik maupun anorganik

yang terdapat dalam limbah, sehingga mikroorganisme akan mengalami kekurangan bahan

atau nitrisi yang akan diurai, dengan demikian akan mengurangi jumlah oksigen yang

terkandung didalam limbah tersebut. Hal ini terlihat dengan menurunnya BOD seperti terlihat

pada Gambar 1, dimana BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme

untuk memecah atau mengoksidasi bahan-bahan organik yang ada dalam air limbah.

Penurunan nilai BOD ini cukup signifikan yaitu dari 324 ppm menjadi 19 ppm. Sedangkan

pengaruh penambahan tawas, zeolit dan kapur terhadap nilai COD, dapat dilihat pada

Gambar 4.

COD atau kebutuhan oksigen kimia adalah jumlah oksigen (mg O2) yang dibutuhkan

untuk mengoksidasi zat-zat organis yang ada dalam 1 liter sampel air, dimana pengoksidasian

K2Cr2O7 digunakan sebagai sumber oksigen (Oxidizing agent). Angka COD merupakan

ukuran bagi pencemar air oleh zat-zat organis secara alamiah dapat dioksidasi melalui proses

mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air. Nilai COD

yang tinggi dihasilkan dari penambahan senyawa kimia dalam proses sulfitasi atau pemurnian

pada pabrik gula. Tetapi mengingat ozon merupakan oksidator yang sangat kuat, maka

senyawa organik yang ada dalam limbah pabrik gula dapat dioksidasi menjadi senyawa-

senyawa yang lebih sederhana. Sehingga nilai COD dalam limbah menjadi turun.

Gambar 4. Pengaruh penambahan tawas, zeolit dan kapur terhadap nilai COD pada limbah, dengan waktu

ozonisasi 45 menit. (Isyuniarto, dkk. 2007)

Adapun reaksi lengkap ozon dalam air adalah sebagai berikut :

O3 + H2O HO+ + OH- ................ (4)

HO+ + OH- 2HO2 ................ (5)

O3 + HO2 HO + 2O2 ................ (6)

HO + HO2 H2O + O2 ................ (7)

(Isyuniarto, dkk. 2006)

Kapur yang ditambahkan untuk menaikkan pH air sampel adalah berupa CaO. Kapur

ini banyak diperoleh dipasaran dengan harga yang murah, hal inilah yang menjadi

pertimbangan menggunakan kapur untuk menaikkan pH sampel air limbah. Adapun

reaksinya dalam air sebagai berikut :

CaO + H2O Ca(OH)2 ................ (8)

Ca(OH)2 Ca2+ + OH- ................ (9)

(Isyuniarto, dkk. 2006)

Penambahan bahan-bahan pembantu, seperti tawas, zeolit maupun kapur, sangat

membantu kerja ozon. Karena tawas dan zeolit merupakan bahan koagulan dan absorben

yang sangat efektif dan harganya murah, sehingga koloid-koloid yang ada dalam limbah

diserap oleh bahan-bahan tersebut kemudian senyawa yang lain dioksidasi oleh ozon.

Sedangkan kapur berfungsi menaikkan pH limbah menjadi lebih basa. Karena pada kondisi

basa kerja ozon sangat efisien. Sehingga pada penambahan kapur nilai COD dapat turun

sangat signifikan, yaitu dari 660 ppm menjadi 40 ppm.

Menurut Surat Keputusan Gubenur DIY, No:281/KPTS/19987, seperti yang

tercantum dalam Tabel 4 berikut ini, hasil penelitian yang telah dilakukan sudah memenuhi

persyaratan yang diminta, baik untuk BOD maupun COD.

Tabel 4. Baku mutu limbah cair untuk industri gula

(Sumber: Keputusan Gubenur DIY, No :281/KPTS/1998)

Apabila perlakuan ozon ini dilakukan bertingkat, diharapkan BOD dan COD yang ada

dalam limbah dapat ditekan lebih rendah lagi.

Kesimpulan

Berdasarkan hasil penulis yang telah dikemukakan dimuka, maka dapat diambil

kesimpulan bahwa pemakaian bahan-bahan koagulan dan absorben tawas, zeolit dan kapur

yang dikombinasikan dengan proses ozonisasi dapat menurunkan nilai BOD dan COD

limbah cair industri gula dengan sangat signifikan, yaitu BOD dari 324 ppm menjadi 19 ppm

dan COD dari 660 ppm menjadi 40 ppm. Sehingga dapat memenuhi baku mutu limbah cair

yang dipersyaratkan.

Daftar Pustaka

Agus Purwadi, dkk. Studi dan Pembuatan Generator Ozon Menggunakan Lucutan Listrik. Jurnal Nusantara Kimia, 2001,VIII (1).

Isyuniarto, dkk. Proses Ozonisasi pada Limbah Cair Industri Gula. Jurnal Kimia Indonesia, 2007, II (1).

Isyuniarto, dkk. Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu Dengan Teknik Lucutan Plasma. Isyuniarto, dkk. Kajian Pengaruh Zeolit dan Ozon Pada Nilai COD, BOD dan Kandungan

Cr dalam Limbah Cair Industri Kulit. Puslitbang Teknologi Maju, Jogjakarta, 2005.

Novermen, dll.2000.Pengaruh pH dan Waktu pada Pengolahan Limbah Cair CPO dengan Proses Ozonisasi.Pekanbaru, Riau.

Purnami, A.; Sidauruk, M. Netralisasi Limbah Cair Industri Kulit dengan Menggunakan Zeolit dan Teknik Lucutan Plasma. Skripsi Institut Sains & Teknologi AKPRIND, Yogyakarta, 2004. (Tidak dipublikasikan)

Surat Keputusan Gubenur Daerah Istimewa Yogyakarta, Nomor: 281/KPTS/1998, tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri di Propinsi Daerah Istimewa Yogyakarta, Yogyakarta, 1998.