161

VII. PENANGANAN LIMBAH PROSES PENGOLAHAN

KOPI RAKYAT BERBASIS PRODUKSI BERSIH

7.1. Pendahuluan

Modifikasi proses pengolahan basah dengan perlakuan minimisasi air pada

taraf tertentu mampu meningkatkan mutu kopi rakyat. Berdasarkan hasil analisis

mutu fisik dan cita rasa diketahui bahwa perlakuan minimisasi air proses sebesar

67% dengan volume air rata-rata 3,012 m3/ton pada rentang 2,987 - 3,345 m

3/ton

menjadi pilihan yang dapat diterapkan oleh agroindustri rakyat. Akan tetapi

perlakuan minimisasi air diperkirakan mempengaruhi konsentrasi limbah cair dan

padat yang dihasilkan. Limbah cair adalah air yang telah dimanfaatkan dan harus

diolah sebelum dibuang ke badan air, sehingga tidak menyebabkan pencemaran

sumber air. Berdasarkan KepMen LH No. 51 Tahun 1995 tentang Baku Mutu

Limbah Cair bagi Kegiatan Industri, limbah cair adalah limbah dalam wujud cair

yang dihasilkan oleh kegiatan industri atau kegiatan usaha lainnya yang dibuang

ke lingkungan yang diduga dapat menurunkan kualitas lingkungan.

Meskipun telah dilakukan upaya untuk mengurangi air proses pengolahan

kopi, tetapi limbah cair dan limbah padat masih dihasilkan. Upaya penanganan

limbah cair dan limbah padat dibutuhkan agar aktivitas agroindustri kopi rakyat

tidak menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan dan masyarakat. Tujuan

penelitian ini adalah untuk menentukan teknologi penanganan limbah cair dan

limbah padat yang mampu mengurangi dampak negatif proses pengolahan kopi

dan mendesain sistem penanganan limbah yang sesuai dengan kemampuan dan

memberikan nilai tambah bagi peningkatan pendapatan masyarakat desa.

Teknologi penanganan limbah yang tepat diharapkan dapat meningkatkan

keberlanjutan agroindustri kopi rakyat dalam dimensi lingkungan, ekonomi, sosial

dan kelembagaan.

7.2. Metode Penelitian

7.2.1. Sumber dan Teknik Pengumpulan Data

Jenis data yang digunakan adalah data primer dan sekunder. Data primer

berasal dari hasil pengamatan dan perhitungan di lokasi penelitian. Data sekunder

162

berasal dari literatur dan hasil-hasil penelitian yang berkaitan dengan limbah

proses pengolahan kopi.

7.2.2. Variabel yang diamati

Variabel yang diamati meliputi volume dan konsentrasi limbah cair dan

limbah padat yang dihasilkan, konsentrasi limbah cair setelah penanganan,

karakteristik unit penanganan limbah cair (metode fisika-kimia dan biologi) dan

metode penanganan limbah padat, kebutuhan bahan dan alat unit penanganan

limbah cair dan limbah padat.

7.2.3. Metode Analisis Data

1. Melakukan inventarisasi data-data yang diperoleh dari neraca massa proses

pengolahan kopi modifikasi olah basah.

2. Melakukan inventarisasi karakteristik limbah cair dan padat yang dihasilkan

dari perlakuan minimisasi air pengolahan kopi olah basah dan literatur.

3. Analisis degradabilitas limbah cair sebagai studi pendukung karakteristik

limbah cair perlakuan minimisasi proses pengolahan kopi.

4. Analisis efluen unit penanganan limbah cair yang menggunakan metode

filtrasi, koagulasi flokulasi dan anaerobik.

5. Analisis alternatif pemanfaaatan limbah padat proses pengolahan kopi

berdasarkan literatur yang ada.

6. Karakterisasi tahapan penanganan limbah cair dalam sistem pengolahan kopi

rakyat.

7.3. Hasil dan Pembahasan

7.3.1. Analisis Limbah Cair Proses Pengolahan Kopi Modifikasi Olah Basah

Proses pengolahan yang mengubah buah kopi menjadi biji kopi disebut

pengolahan kopi primer. Output yang dihasilkan dari proses pengolahan primer

yang menggunakan modifikasi teknologi olah basah adalah biji kopi HS bersih

dengan kadar air 12%, limbah cair dan limbah padat. Perlakuan minimisasi air

pada proses pengolahan kopi dengan modifikasi olah basah terbukti mampu

meningkatkan mutu biji sekaligus meminimumkan volume limbah cair yang

dihasilkan. Rentang minimum air proses pengolahan yang dapat diterapkan adalah

163

2,987 - 3,345 m3/ton buah kopi yang meliputi ± 0,731 – 0,784 m

3/ton untuk proses

pengupasan dan ± 2,256 – 2,561 m3/ton buah kopi untuk proses pencucian. Nilai

ini mampu mengurangi limbah cair ke lingkungan hingga 67% dari total volume

air proses yang biasa dilakukan.

Rendemen hasil pengolahan kopi untuk mendapatkan biji kopi siap ekspor

rata-rata sebesar 18 – 19%. Nilai ini tidak jauh berbeda dengan hasil penelitian

Braham dan Bressani (1979), biji kopi yang diperoleh dari proses pengolahan

basah sebesar 191 gram dari 1000 gram buah kopi. Mulato et al. (2006),

menyatakan rendemen hasil pengolahan kopi Arabika berkisar antara 16 – 20%

sedangkan kopi Robusta dapat mencapai 20 – 22%.

Pada pengolahan basah, proses pengupasan dapat dilakukan dengan minimal

air terutama karena dilakukan pada buah kopi merah. Bagian-bagian yang

membentuk buah kopi terutama adalah kulit buah (skin), daging buah (pulp), kulit

tanduk (parchment), kulit ari (silverskin) dan biji (bean) (Gambar 63). Daging

buah kopi merah yang telah masak mengandung lendir dan senyawa gula yang

rasanya manis. Lapisan lendir ini pada buah muda sangat sedikit dan bertambah

hingga buah masak kemudian berkurang apabila buah telah lewat masak

(Yusianto dan Mulato, 2002). Komposisi kimia daging buah kopi masak

disajikan pada Tabel 19.

(Kulit luar)

(Daging buah)

(Cangkang)

(Biji kopi)

(Kulit ari)

(Kulit tanduk)

(Tangkai buah)

Gambar 63 Penampang membujur buah kopi

Buah kopi merah merupakan buah masak, mengandung air buah dan lendir

yang cukup untuk berlangsungnya proses pengupasan. Air pada proses

pengupasan terutama dibutuhkan sebagai pembawa buah kopi menuju silinder

mesin pengupas. Limbah cair proses pengupasan diperkirakan mengandung

komponen-komponen kimia yang berasal dari kulit, daging buah dan lendir.

164

Meskipun tidak seluruh lendir dapat dilepas dan masih melekat pada lapisan kulit

biji kopi. Proses pencucian menghilangkan lendir yang telah terdegradasi selama

fermentasi dan menghasilkan biji kopi yang masih berkulit tanduk (parchment

coffee = biji kopi HS).

Tabel 19 Komposisi kimia daging buah kopi masak

No Komponen Jumlah (%)

1. Air 42,66

2. Serat 27,44

3. Gula 9,46

4. Tannin 8,56

5. Mineral 3,77

6. Lemak dan resin 1,18

7. Minyak volatil 0,11

8. Lain-lain 6,82 Sumber: Yusianto dan Mulato (2002)

Perlakuan minimisasi air pada proses pengolahan kopi bertujuan untuk

meminimumkan volume limbah cair yang dihasilkan. Akan tetapi diperkirakan

mempengaruhi tingkat konsentrasi limbah cair yang dihasilkan. Analisis kualitas

limbah cair hasil perlakuan minimisasi air diperlukan untuk menentukan

penanganan yang tepat agar limbah tidak mencemari lingkungan. Limbah cair

proses pengolahan kopi terutama dihasilkan dari proses pengupasan dan

pencucian. Adapun aliran limbah cair kopi tersebut tidak konstan dengan beban

pencemaran cenderung seragam. Proses pengolahan kopi yang kontinyu

tergantung pada aliran air proses pengupasan (pulping) dan pencucian (washing).

Hasil analisis parameter limbah cair disajikan pada Tabel 20.

Tabel 20 Hasil analisis limbah cair perlakuan minimisasi air pengolahan kopi

No Parameter Proses Pengupasan Proses Pencucian Satuan

1 pH 4,00 - 5,50 3,84 - 4,28 -

2 BOD 6000 - 13000 4000 - 11000 mg/L O2

3 COD 14000 - 26000 7000 - 21000 mg/L O2

4 BOD/COD 0,5 – 0,6 0,4 – 0,6

5 TSS 400 - 23000 8600 - 25000 mg/L

6 TDS 1200 - 1500 800 - 2100 mg/L

7 Fosfat 17 - 33 14 - 24 mg/L PO4-P

8 Nitrat 55 - 64 3,82 - 88,35 mg/L NO3-N

79 Total N 300 - 400 170 - 630 mg/L NH3-N

10 Total Karbon 8000 - 10000 4000 - 10000 mg/L

11 Total VSS 13000 - 17000 6400 - 18000 mg/L

165

Limbah cair proses pengupasan dan pencucian memiliki karakteristik yang

tidak jauh berbeda, terutama mengandung padatan tersuspensi yang berasal dari

komponen organik dan anorganik. Limbah cair proses pengupasan terutama

mengandung gula fermentasi, sedangkan limbah cair proses pencucian lebih

kental karena kandungan lendir. Kandungan lendir yang terdegradasi selama

fermentasi ini menyebabkan nilai pH limbah cair pencucian lebih asam

dibandingkan tahap pengupasan.

Karakteristik limbah cair proses pengolahan kopi di berbagai tempat

menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda meskipun berasal dari proses

pengolahan basah maupun semi basah (Tabel 21 dan Tabel 22). Air limbah yang

cenderung asam, kandungan bahan organik tinggi serta tingkat padatan yang besar

berasal dari kandungan lendir dan pulpa kopi selama proses pengupasan dan

pencucian. Karakteristik inilah yang akan menentukan upaya penanganan yang

dapat diterapkan.

Tabel 21 Perbandingan hasil analisis limbah cair pengolahan kopi di India

No Parameter Pulper (a) Washer (semi

washed) (a)

Pulper (b) Washer (semi

washed) (b)

1 pH 4 - 7 4 - 6 3,9 – 6,9 4 – 6,3

2 Total Solid (mg/L) 4000 – 10000 1200 – 44000 3100 - 30800 16400 – 70000

3 COD (mg/L) 1500 - 9000 1200 – 41700 2600 - 25800 15500 – 65000

4 BOD/COD 0,5 – 0,86 0,5 – 0,9 0,37 – 0,97 0,5 – 0,9

5 Total gula (mg/L) 800 - 6000 1000 - 36700 2300 - 23000 14300 – 53000

6 Gula pereduksi

(mg/L)

50 - 1800 200 - 22200 800 - 6000 5300 – 30000

7 Asiditas (mg/L) 100 - 800 70 - 1300 100 - 1600 200 - 1900

Sumber: Astra 2002 diacu dalam Chanakya dan de Alwis 2004

a: perkebunan dengan penanganan anaerobik parsial dan pengontrolan penggunaan air

b: perkebunan dengan bioreaktor dan pengontrolan air dalam pengolahan basah

Menurut Mburu et al. (1994); Von Enden dan Calvert (2002), limbah cair

proses pengupasan mengandung konsentrasi pencemar yang tinggi karena

kandungan bahan-bahan organik hasil proses pengupasan daging buah (saat

mesocarp dikupas) dan lendir. Pulpa dan lendir ini terdiri atas sejumlah protein,

gula dan lendir dalam bentuk pektin seperti karbohidrat polisakarida.

Selvamurugan et al. (2010), menjelaskan kandungan gula yang tinggi ini

menyebabkan air proses pengupasan akan cepat terfermentasi oleh kerja enzim

166

bakteri yang terdapat pada buah kopi. Adapun komponen lain dari air proses

pengupasan adalah asam dan kimia toksik seperti polifenol (tannin dan kafein).

Tabel 22 Perbandingan karakteristik limbah cair proses pengolahan kopi

No Parameter Mendoza &

Rivera (1998)

(semi wet)

Bruno & Oliveira

(2008)

(wet process)

Selvamurugan et

al., (2010)

(wet process)

1 pH 5,4 4,2 3,88 – 4,21

2 BOD 1443 mg/L 3100 – 14340 mg/L 3800 – 4780 mg/L

3 COD 2480 mg/L 5000 – 35000 mg/L 6420 - 8480 mg/L

4 TSS -- 2978 – 3590 mg/L 2390 – 2820 mg/L

5 TDS 50-90% -- 1130 – 1380 mg/L

6 Fosfat -- -- --

7 Total N -- -- 125,8 – 173,2 mg/L

8 Total VSS -- 1488 mg/L --

Penghilangan lendir pada biji kopi dilakukan sepanjang proses fermentasi

selama 14 – 18 jam hingga lendir terdegradasi dan dapat dihilangkan dengan

mudah oleh air melalui proses pencucian. Air limbah yang berasal dari perlakuan

minimisasi air cenderung kental karena tingginya kandungan pektin yang berasal

dari lendir, protein dan gula yang terlarut. Proses fermentasi gula menjadi etanol

dan CO2 menyebabkan kondisi asam pada air. Hal ini dikarenakan etanol

dikonversi menjadi asam asetat saat bereaksi dengan oksigen. Proses asidifikasi

ini menyebabkan pH larutan menjadi asam, mencapai nilai 4 bahkan kurang.

C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2

Gula etanol karbondioksida

2 CH3CH2OH + O2 2 CH3COOH

Etanol oksigen asam asetat

Keasaman yang tinggi akan mempengaruhi efisiensi penanganan limbah cair

dan merusak kehidupan akuatik jika dibuang ke badan air. Lendir yang

terkonversi setelah proses pencucian (Tabel 23) akan membentuk lapisan tebal

(padatan tersuspensi) pada permukaan limbah cair, hitam di atas dan jingga coklat

di dasar (Gambar 64). Lapisan tebal ini akan menutup jalan air pada saluran dan

menyebabkan kondisi anaerobik saat dibuang ke badan air.

Substansi lain yang dapat ditemukan pada limbah cair kopi adalah bahan

kimia toksik seperti tannin, alkaloid (kafein), dan polifenol. Komponen-

167

komponen ini apabila dibuang ke lingkungan akan menyebabkan proses degradasi

bahan organik sulit didegradasi secara biologis (Selvamurugan et al. 2010).

Tabel 23 Beberapa perbandingan komposisi lendir

Komponen Komposisi (%)

Murthy et al.(2004) Braham & Bressani (1979)

Air 84,20

Protein 8,00

Gula

- Glukosa (pereduksi)

- Sukrosa (non pereduksi

2,50

1,60

30,0

20,0

Pektin 1,00 35,8

Abu 0,70 17,0

Limbah cair proses pengolahan kopi berwarna coklat terutama berasal dari

komponen flavonoid kulit buah pada saat pengupasan (Lampiran 1.). Limbah

cair kopi selain berbau tidak sedap, juga akan berubah warna menjadi hitam

beberapa saat kemudian. Flavonoid umum ditemui pada buah-buahan berwarna

lainnya seperti anggur. Menurut Selvamurugan et al. (2010), warna buah ini

sebenarnya merupakan prekursor bagi terbentuknya warna coklat humus seperti

air rawa yang tidak berbahaya bagi spesies akuatik karena tidak menyebabkan

peningkatan nilai BOD ataupun COD. Akan tetapi warna coklat yang gelap ini

dapat berdampak negatif terhadap proses fotosintesis dan transformasi nutrien

pada tanaman air selain menurunkan nilai estetika.

Gambar 64 Lapisan padatan limbah cair pengolahan kopi

Tingginya nilai COD dan BOD pada limbah cair pengolahan kopi terutama

pada limbah cair perlakuan minimisasi menunjukkan besarnya jumlah oksigen

yang dibutuhkan untuk menguraikan bahan organik pada kondisi aerobik,

temperatur dan waktu inkubasi yang terstandar. Pengaruh perlakuan minimisasi

168

air pada proses pengolahan kopi disajikan pada Gambar 65, Gambar 66, dan

Gambar 67.

Gambar 65 Hubungan minimisasi air pengupasan dengan bahan organik dan pH

pada limbah cair

Gambar 66 Hubungan minimisasi air pencucian dengan bahan organik dan pH

pada limbah cair

Konsentrasi bahan organik limbah cair (BOD, COD dan TSS) menunjukkan

kecenderungan menurun seiring bertambahnya volume air yang digunakan pada

tahap pengupasan dan pencucian buah kopi. Nilai pH limbah cair proses

pengolahan kopi secara umum berkisar antara 3,80 – 5.50. Tidak ada perbedaan

yang signifikan antara perlakuan minimisasi air terhadap pH. Nilai padatan

tersuspensi (TSS) pada proses pencucian cenderung lebih tinggi daripada proses

pengupasan. Hal ini disebabkan karena bagian terbesar bahan organik berupa

lendir setelah proses fermentasi terbawa air proses pencucian.

169

Gambar 67 Zone segitiga untuk BOD/COD

Rasio BOD/COD pada limbah cair proses pengolahan kopi berada di antara

0,4 – 0,6 yang menunjukkan tingkat biodegradabilitas bahan organik untuk

dilepas ke lingkungan. Menurut Samudro dan Mangkoedihardjo (2010), apabila

rasio BOD/COD berada di antara 0,1 dan 1,0 maka limbah cair termasuk kategori

biodegradable. Rasio BOD/COD biodegradable menunjukkan kemampuan

substansi bahan organik dalam limbah cair untuk diuraikan menjadi komponen

yang lebih sederhana oleh bakteri atau mikroorganisme. Batasan tersebut dapat

digunakan sebagai tolak ukur untuk menentukan sistem penanganan yang sesuai

bagi limbah cair.

Analisis total padatan dan total karbon pada limbah cair proses pengolahan

kopi membantu menentukan upaya penanganan limbah yang sesuai (Gambar 67).

Parameter total padatan (TDS, TSS dan VSS) dan total karbon menunjukkan

penurunan konsentrasi seiring kenaikan volume air. Pola ini serupa dengan

penurunan konsentrasi BOD maupun COD pada Gambar 66. Secara umum

padatan tersuspensi merupakan indikator besarnya kandungan bahan organik

dalam limbah yang menyumbang 60% nilai BOD. Padatan tersuspensi yang

mudah menguap (VSS) merupakan pendekatan jumlah kandungan bahan organik.

Bahan organik tersebut dapat terdekomposisi menjadi air, karbondioksida dan

amonia yang bersifat mudah menguap saat dianalisis pada suhu 550oC.

170

Gambar 68 Hubungan minimisasi air pencucian dengan total padatan dan karbon

pada limbah cair

Analisis total karbon menunjukkan jumlah karbon yang terikat dalam

komponen organik dan anorganik. Melalui analisis VSS dapat diketahui potensi

bahan organik (komponen karbon) yang teroksidasi menjadi komponen lebih

sederhana dan mudah menguap. Nilai VSS yang lebih tinggi daripada nilai total

karbon merupakan indikator bahwa komponen karbon yang ada pada limbah cair

adalah komponen organik (Droste 1997).

Beban pencemaran limbah cair proses pengolahan kopi mencapai 75%

dengan kandungan organik tinggi dan padatan terpresipitasi sebagai lendir yang

dapat meningkatkan COD dan menurunkan nilai pH. Kombinasi keasaman yang

tinggi, BOD dan COD yang tinggi akan menurunkan kemampuan suplai oksigen

jika dibuang ke badan air, sehingga dapat menimbulkan permasalahan lingkungan

yang harus ditangani. Akan tetapi limbah cair kopi yang kaya akan kandungan

gula dan pektin dapat cepat terdegradasi. Didukung oleh rasio BOD/COD yang

tinggi menunjukkan kelayakannya untuk ditangani melalui proses biologi. Untuk

mengoptimalkan proses penanganan limbah cair, pH sebaiknya diusahakan berada

pada kisaran netral (6,5 – 7,5).

7.3.2. Analisis Limbah Padat Proses Pengolahan Kopi Olah Basah

Perlakuan minimisasi air proses pengupasan dan pencucian memiliki

dampak signifikan terhadap volume limbah cair tetapi tidak signifikan terhadap

jumlah biji serta pulpa yang dihasilkan. Meskipun demikian proses pengupasan

171

kulit tanduk dan kulit ari lebih mudah dilakukan pada biji kopi yang mendapat

perlakuan air banyak. Limbah padat maupun limbah cair dari proses pengupasan

dan pencucian merupakan hasil samping yang akan menimbulkan masalah apabila

tidak diolah. Pulpa, kulit tanduk dan kulit ari merupakan limbah padat yang dapat

diubah menjadi produk samping bernilai ekonomis, sehingga dapat meningkatkan

penghasilan petani.

Proses pengupasan menghasilkan limbah padat yang cukup besar berupa

kulit dan daging buah kopi (Lampiran 1). Berdasarkan analisis neraca massa,

persentase limbah padat yang dihasilkan dari proses pengupasan dapat mencapai

kisaran 40-60%. Nilai ini menunjukkan potensi pencemaran yang besar dari

limbah padat jika tidak dimanfaatkan. Pulpa kopi jika tidak diolah akan

menimbulkan bau yang tidak sedap dan mengundang lalat maupun serangga

lainnya. Selama masa pengolahan biji kopi, limbah pulpa kopi ini akan

menumpuk, menyebabkan gangguan lingkungan seperti bau yang tidak sedap,

mengundang lalat maupun serangga lainnya. Pulpa kopi juga dapat menjadi

vektor agen penyakit ketika dibuang ke badan air dan menyebabkan pencemaran

air tanah. Selain itu drainase dari timbunan pulpa dapat mencemari sumber air di

sekitarnya (Gambar 69).

Gambar 69 Timbunan pulpa kopi

Menurut Kebede et al. (2010), komposisi pulpa kopi terutama merupakan

bahan organik yang terdiri atas karbohidrat, protein, serat, lemak, kafein,

polifenol, dan pektin. Oleh karena itu dekomposisi pulpa kopi ini bersama-sama

limbah cair saat dibuang ke badan air akan menyebabkan kerusakan ekosistem

dan air sungai tidak sesuai lagi dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.

Meskipun demikian, sebagai limbah padat industri kopi, kulit kopi yang

172

mengandung bahan organik tinggi berpotensi untuk dimanfaatkan kembali.

Melalui hasil analisis limbah padat dapat diketahui potensi pemanfaatan limbah

padat proses pengolahan kopi. Hasil analisis komposisi limbah padat kopi dan

beberapa hasil analisis yang mendukung disajikan pada Tabel 24 dan Tabel 25.

Tabel 24 Komposisi limbah padat proses pengolahan kopi

a) Rubiyo et al. (2006)

Tabel 25 Perbandingan komposisi kimia pulpa kopi dari berbagai sumber Komponen Komposisi (%)

Murthy et

al. (2004)

Londra&

Andri (2008)

Braham & Bressani (1979)

Segar Kering Kering dan

terfermentasi

Ekstrak eter 0,48 0,48 2,50 2,60

Serat kasar 21,4 21,4 3,40 21,0 20,8

Protein kasar 10,1 6,67 2,10 11,2 10,7

Abu 1,5 1,50 8,30 8,80

BETN 31,3 15,8 44,4 49,2

Tannin 7,8 1,80 – 8,56

Pektin 6,5 6,50

Gula non pereduksi 2,0 2,00

Gula pereduksi 12,4 12,4

Asam khlorogenik 2,6 2,60

Kafein 2,3 1,30

Total asam kafeat 1,6 % 1,60

Lemak 1,04 Keterangan: BETN (Bahan ekstrak tanpa nitrogen)

Analisis komponen organik pada limbah padat kopi membantu menentukan

proses daur ulang (recycle) sebagai bahan dasar pakan ternak, kompos, pupuk,

briket, produksi biogas maupun alternatif pemanfaatan lainnya. Rata-rata

kandungan serat kasar pada kulit kopi maupun kulit tanduk cukup tinggi demikian

pula dengan kandungan C-organik memiliki potensi dimanfaatkan sebagai

kompos ataupun pupuk. Nilai kalori kulit tanduk kopi adalah sebesar 4600

kkal/kg sedangkan pulpa kopi pada kandungan air 5% memiliki nilai kalori 3300

kkal/kg (Adams dan Dougan 1989) berpotensi sebagai sumber bahan bakar.

Meskipun agak sulit diterapkan pada pulpa kopi yang diperoleh dari pengolahan

basah karena masih mengandung kadar air bahan yang tinggi (84%).

Bahan Komposisi (%)

Minyak

& Lemak

Serat

kasar

C-

organik

Total

N

Abu Protein

kasar a)

Ca a)

P a)

Pulpa 1,06 20,42 45,15 4,55 5,51 7,80 0,23 0,02

Kulit tanduk 0,51 39,68 42,71 2,65 23,12

173

7.3.3. Desain Penanganan Limbah Cair

Upaya minimisasi air proses pengolahan kopi masih menghasilkan limbah

cair yang dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Karakteristik limbah cair

dalam bentuk suspensi komponen organik dan anorganik yang kaya akan gula

terfermentasi dan cairan kental dari tahap pencucian lendir (mucilage). Tingginya

nilai BOD dapat mencapai 13.000 mg/l, COD mencapai 26.000 mg/l serta

rendahnya tingkat keasaman dari limbah cair hasil minimisasi air akan

menimbulkan beban pencemaran yang tinggi terhadap lingkungan. Baku mutu

limbah cair yang dapat dibuang adalah 100 mg/l untuk BOD dan 250 mg/L untuk

COD berdasarkan KepMen LH No. 51 Tahun 1995 tentang Baku Mutu Limbah

Cair bagi Kegiatan Industri. Keputusan Gubernur Jawa Timur No. 45 Tahun 2002

tentang baku mutu limbah cair bagi industri atau kegiatan usaha lainnya di Jawa

Timur memberikan batasan lebih ketat khusus untuk industri pengupasan biji

kopi/coklat yaitu maksimum 75 mg/L untuk BOD dan 200 mg/L untuk COD

dengan volume limbah cair maksimum adalah 40 m3/ton produk.

Oleh karena itu dibutuhkan upaya penanganan yang sesuai untuk diterapkan

pada unit pengolahan kopi rakyat. Berdasarkan tahapan pencegahan polusi

menurut Theodore dan Mc. Guinn (1992), maka tahapan berikut yang dapat

dilakukan adalah upaya daur ulang atau penggunaan kembali limbah dan upaya

pengolahan limbah. Daur ulang limbah dapat dilakukan dengan memperbaharui

bahan baku yang masih dapat digunakan. Pengolahan limbah dapat dilakukan

melalui penerapan metode fisika, kimia maupun biologi untuk mengurangi beban

pencemaran dan mempermudah tahap pembuangan akhir.

Kebede et al. (2010), menyatakan upaya pemanfaatan limbah proses

pengolahan kopi merupakan pilihan potensial lain untuk mengontrol pencemaran.

Beberapa pilihan yang dapat dilakukan untuk menangani limbah cair adalah

melakukan pembuangan di lahan pertanian dengan limbah cair, aplikasi kolam

anaerobik, aerasi buatan, reaktor biogas dan pemanfaatan lahan terancang untuk

pembuangan limbah cair telah dicoba di berbagai negara produsen kopi. Metode

yang murah dan dapat membantu menyuburkan tanah pernah dicobakan di Brazil

dengan membuang limbah cair di lahan dan memanfaatkannya langsung untuk

mengairi kopi (Ribeiro et al. 2009 diacu dalam Kebede et al. 2010). Akan tetapi,

174

teknik ini dapat menyebabkan asidifikasi tanah, genangan air, dan menyebabkan

metabolisme tanah dalam kondisi anaerobiosis.

Penanganan secara anaerobik yang dioperasionalkan pada suatu reactor

merupakan pilihan yang menarik karena mampu menghasilkan biogas yang dapat

dimanfaatkan sebagai bahan bakar (Murthy et al. 2004; Von Enden dan Calvert

2002). Meskipun dalam penanganannya membutuhkan stabilitas proses yang baik

agar efisiensi penanganan tercapai (Mendoza dan Rivera 1998).

Menurut Mendoza dan Rivera (1998), bioteknologi anaerobik secara umum

merupakan penanganan yang sesuai untuk limbah kegiatan agroindustri terutama

di negara-negara berkembang karena biaya yang lebih terjangkau, menghasilkan

energi, kebutuhan pengawasan operasional yang rendah dan kemampuannya

untuk menangani limbah yang diproduksi musiman. Karakteristik limbah cair

kopi yang memiliki kandungan karbohidrat tinggi membuatnya sesuai untuk

ditangani dengan metode biologi anaerobik. Limbah cair proses pengolahan kopi

dihasilkan hanya pada saat panen kopi yaitu kurang lebih selama 3 hingga 5 bulan

setiap tahunnya. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan variabilitas konsentrasi

dan volume limbah cair yang cukup tinggi pada panen puncak dan menurun

setelah periode panen.

7.3.4. Simulasi Biodegradabilitas Limbah Cair Proses Pengolahan Kopi

Kandungan bahan organik yang tinggi dalam limbah cair pengolahan kopi

memiliki potensi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi terbarukan melalui

proses anaerobik. Menurut Angelidaki et al. (2007), proses metabolisme

anaerobik merupakan proses biokimia kompleks yang saling berkaitan antara grup

mikrobial. Oleh karena itu perlu dilakukan penilaian tingkat biodegradabilitas

limbah cair proses pengolahan kopi melalui potensi pembentukan metana (biogas)

menggunakan komposit mikroorganisme yang berasal dari reaktor anaerobik.

Gunaseelan (1997) menyatakan analisis biochemical methane assay (BMP) dapat

dilakukan untuk menentukan output CH4 (metana) dari substrat organik dan untuk

memantau tingkat toksisitas anaerobik. BMP merupakan metode yang berharga,

cepat dan tidak mahal untuk menentukan potensi dan laju pengembangan konversi

biomassa dan limbah menjadi CH4.

175

Studi simulasi biodegradabilitas pada penelitian ini dilakukan untuk

mengetahui potensi konversi limbah cair kopi pada konsentrasi bahan organik

tinggi yang diperoleh dari perlakuan minimisasi air proses pengolahan menjadi

biogas dalam suasana anaerobik. Simulasi dilakukan pada berbagai tingkat

konsentrasi limbah cair dan jenis konsorsium mikroorganisme dalam vessel

berukuran 100 ml (Gambar 70).

Fluktuasi konsentrasi limbah cair kopi pada saat proses pengolahan dan

masa panen kopi yang terbatas menyebabkan masa untuk mendapatkan limbah

cair dengan konsentrasi tertentu juga terbatas. Sebagai pendekatan, penelitian ini

menggunakan larutan kopi instan sebagai limbah cair kopi sintetik dengan

mempertimbangkan karakteristik yang berbeda antara keduanya. Daoming dan

Forster (1994) juga pernah menggunakan kopi instan sebagai bahan simulasi

limbah cair kopi untuk menentukan pengaruh faktor penghambat dalam

penanganan anaerobik termofilik.

Gambar 70 Contoh vessel untuk uji biodegradabilitas anaerobik

Limbah cair kopi sintetik dibuat dari larutan kopi instan dengan

pertimbangan ketersediaan bahan pada saat pelaksanaan penelitian dan

kemudahan untuk membuat larutan limbah cair pada rentang konsentrasi COD

tertentu. Pembuatan konsentrasi larutan disesuaikan dengan rentang konsentrasi

COD terlarut yang diperoleh dari hasil perlakuan minimisasi air. Suhu dan pH

proses dijaga pada kondisi optimum proses yaitu pada suhu 37oC dan pH netral

(6,5 – 7,0) kecuali pada batch 1. Adapun komposisi limbah cair sintetik pada

berbagai tingkat konsentrasi COD disajikan pada Tabel 27.

Komposisi kimia limbah cair kopi ditentukan oleh kandungan organik pada

pulpa kopi dan biji kopi. Limbah cair kopi yang berasal dari proses pengolahan

buah umumnya mengandung polisakarida cukup tinggi, sedangkan pada kopi

176

instan telah menurun hingga 50%. Degradasi pada kopi instan diduga terutama

pada polifenol, mineral, protein dan gula-gula pereduksi yang ada.

Tabel 26 Rancangan simulasi biodegradabilitas (BMP test) kopi instan

Batch COD (g/L) Inokulum pH

1 a. 10

b. 20

c. 30

Campuran

granular dan

floccular sludge

Tanpa penyesuaian pH

2 a. 10

b. 15

c. 20

d. 30

Granular sludge

6,5 – 7,0

Tabel 27 Komposisi larutan limbah cair sintetik dari kopi instan

Komposisi

(gr)

Larutan kopi dengan tingkat COD

10 g/L 20 g/L 30 g/L

Protein 0,077 0,115 0,153

Karbohidrat 0,459 0,688 0,918

Gula 0,076 0,114 0,153

Serat 0,382 0,574 0,765

Polifenol&melanoidin 0,275 0,413 0,551

Kafein 0,053 0,080 0,107

pH larutan 5,28 5,15 5,03

Granular sludge yang digunakan berasal dari komposit mikroorganisme

(lumpur aktif) reactor Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). Sedangkan

floccular sludge merupakan komposit mikrooganisme heterogen dalam bentuk

lumpur tersuspensi yang berasal dari lumpur aktif reaktor anaerobik Continuous

Stirred Tank Reactor (CSTR).

Liu et al. (2002), menyatakan UASB dan CSTR merupakan bagian dari

sistem anaerobik yang dapat digunakan untuk menangani limbah. UASB

merupakan teknologi yang dikembangkan berdasarkan pemahaman terhadap

aktifitas bakteri metanogenesis pada laju alir cepat. Adanya aliran ke atas yang

cepat dalam reaktor UASB serta pola aktifitas bakteri metanogenesis untuk

membentuk lapisan tersuspensi memacu perkembangan konsorsium metanogenik

membentuk diri sendiri menjadi granule yang lebih kental daripada air melalui

aliran limbah cair menuju bagian atas reactor. UASB dikembangkan terutama

untuk menangani limbah cair yang berkonsentrasi tinggi. Densitas

mikroorganisme granular yang tinggi memudahkan proses pemisahan efluen

177

limbah cair yang telah terpurifikasi dengan biomassa. Kelemahan UASB adalah

padatan partikulat dalam limbah cair yang cenderung dapat menganggu sistem.

Reaktor CSTR diadaptasi dari reaktor aerobik untuk mengolah limbah

organik yaitu menggunakan lumpur aktif hasil penanganan sekunder untuk

mengolah langsung limbah cair. Adanya agitasi (pemutaran) mekanis pada tangki

aerobik bertujuan untuk menjadi partikulat agar tetap dalam bentuk tersuspensi

dan memudahkan memasukkan oksigen ke dalam larutan. Pemutaran mekanis

pada tangki anaerobik mempengaruhi laju pertumbuhan konsorsium bakteri

terhadap lingkungan pada kondisi asidogenesis dan metanogenesis. Dinamika

bakteri cenderung tidak seragam pada reaktor CSTR.

Gambar 71 Komposit mikroorganisme (a) Flokular, (b) Granular

a. Uji Biodegradabilitas Batch 1.

Analisis biodegradabilitas batch 1 (Gambar 72) dilakukan pada tingkat

konsentrasi COD 10 g/L, 20 g/L dan 30 g/L limbah cair untuk mengetahui

kemampuan mikroorganisme. Pengujian dilakukan secara triplikat dengan uji

biodegradabilitas selulosa sebagai bagian dari komponen karbohidrat dilakukan

sebagai kontrol perlakuan. Pengujian dilakukan tanpa penyesuaian pH untuk

mengetahui kemampuan komposit mikroorganisme gabungan dalam

mendegradasi limbah cair.

Kemampuan komposit gabungan mikroorganisme flokular dan granular

dalam mendegradasi limbah cair sangat baik pada konsentrasi COD 10 g/L dan

cenderung menurun seiring peningkatan konsentrasi COD. Kemampuan adaptasi

komposit mikroorganisme cukup baik dimana proses degradabilitas dapat

berlangsung meskipun pada konsentrasi COD tinggi. Aktifitas metanogenik yang

A B

178

tinggi dari lumpur granular dan bakteri asetogenik dari lumpur flokular

berkontribusi menjaga keberlangsungan proses degradasi pada konsentrasi COD

tinggi (30 g/L). Meskipun pada awal proses, reaksi pembentukan metana sangat

dipengaruhi oleh tingginya kandungan bahan organik dalam suasana asam

(kandungan gas hidrogen).

Gambar 72 Komposisi gas yang dihasilkan proses anaerobik batch 1.

Kestabilan proses pembentukan gas metana tergantung pada konsentrasi

COD. Semakin tinggi konsentrasi COD menunjukkan semakin lama waktu yang

dibutuhkan untuk mencapai kestabilan. Pada sampel dengan konsentrasi 10 g/L,

20 g/L dan 30 g/L membutuhkan waktu berturut-turut 10 hari, 15 hari dan 25 hari

179

untuk mencapai kesetimbangan pembentukan gas metana. Fase awal dari proses

anaerobik adalah hidrolisis yang terjadi pemecahan molekul berukuran besar dan

kompleks menjadi molekul yang berukuran lebih kecil. Kandungan bahan

organik yang tinggi pada sampel dengan konsentrasi COD tinggi serta

transformasi komponen selulosa dan hemiselulosa tentu membutuhkan waktu

lebih lama dibandingkan sampel dengan konsentrasi bahan organik lebih rendah.

Hal ini juga menyebabkan kumulatif pembentukan gas metana pada konsentrasi

COD tinggi lebih besar dibandingkan pada konsentrasi COD rendah.

Pada awal proses anaerobik, sampel dengan konsentrasi tinggi (30 g/L)

mengalami suasana asam yang mempengaruhi stabilitas proses. Tingginya

persentase hidrogen hingga hari ke-10 diperkirakan terjadi pada fase bakteri

asetogenesis dan formasi asam (asidogenesis). Pada fase ini terjadi oksidasi

anaerobik yang merupakan penentu keberlanjutan proses anaerobik hingga fase

metanogenesis. Apabila gas hidrogen yang dihasilkan terlalu tinggi dan

mikroorganisme yang ada dalam reaktor tidak dapat bertahan, maka tidak akan

terjadi fase berikutnya karena mikroorganisme yang ada mati. Meskipun tidak

ada proses netralisasi limbah cair sebelum proses anaerobik, komposit

mikroorganisme granular dan flokular dalam reaktor ternyata mampu bertahan

menghadapi suasana asam. Setelah hari ke-10, proses pembentukan gas metan

pada fase metanogenesis dapat berlangsung lancar dan menghasilkan komposisi

biogas atau gas metan hingga 70%.

Berdasarkan hasil perlakuan, diperoleh komposisi rata-rata gas metana dan

karbondioksida berturut-turut adalah 60 – 70% dan 30 - 40%. Menurut Borjesson

dan Berglund (2006), komposisi biogas terutama terdiri atas CH4 (60 – 70%) dan

CO2 (30 – 40%), dengan kandungan uap air dan beberapa gas-gas nitrogen,

hidrogen sulfida dan ammonia.

Uji biodegradabilitas secara umum berlangsung baik pada batch 1 meskipun

tanpa perlakuan netralisasi. Hal ini sesuai dengan penelitian Dinsdale et al.

(1997) yang menggunakan reactor UASB dengan tahapan pre-asidifikasi.

Netralisasi dengan NaOH pada pH 6,0 dan HRT (hydraulic retention time) 24 jam

tidak dibutuhkan untuk efisiensi proses asidogenesis. Efluen dari tahapan

asidogenik dengan pH 5,2 tidak membutuhkan netralisasi dengan NaOH sebelum

180

memasuki tahapan metanogenik. Tidak adanya netralisasi pada kisaran pH

tersebut ternyata membantu meningkatkan performa reaktor UASB termofilik.

Proses UASB 2 tahap (asidogenik dan metanogenik) memberikan peningkatan

performa secara konsisten dibandingkan sistem 1 tahap. Tahap asidifikasi

berperan dalam kemampuan reactor menerima laju beban tinggi.

Penelitian oleh Chen et al. (2008), menjelaskan bahwa meskipun sebagian

besar mikroorganisme bekerja pada rentang pH netral yaitu pada rentang pH 7,0 –

7,5 tetapi beberapa mikroorganisme tetap aktif pada pH rendah ataupun pH tinggi.

Pada saat fermentasi, mikroorganisme penghasil asam (floccular sludge)

mengelola hidupnya untuk hidup dalam suasana asam hingga pH 5,0. Sebaliknya,

mikroorganisme penghasil metana (granular sludge) berkembang baik pada pH

netral.

b. Uji Biodegradabilitas Batch 2.

Uji biodegradabilitas batch 1 yang menggunakan 2 jenis komposit

mikroorganisme mampu mendegradasi limbah cair sintetik. Uji biodegradabilitas

batch 2 hanya menggunakan komposit bakteri granular yang berasal dari reaktor

UASB. Waktu degradabilitas batch 2 pada konsentrasi yang sama lebih singkat

dibandingkan batch 1. Sludge granular yang telah mengandung bakteri

metanogenesis memungkinkan kandungan metana berada dalam vessel sejak awal

proses anaerobik.

Komposit bakteri granular tanpa komposit flokular ternyata tidak mampu

untuk mendegradasi limbah cair pada konsentrasi 30 g/L. Proses anaerobik tidak

berlangsung optimum dimana komposisi gas karbondioksida lebih besar (40-50%)

daripada komposisi gas metana (20-30%). Komposisi gas metana mencapai

puncaknya pada hari ke-2 kemudian cenderung stabil hingga 40 hari. Meskipun

demikian komposit bakteri granular masih menunjukkan kemampuannya untuk

mendegradasi komponen kompleks selulosa pada konsentrasi 1 g/L. Pereira

(2009), waktu degradasi anaerobik untuk mencapai konversi COD bahan organik

menjadi gas metana dipengaruhi oleh kualitas komposit bakteri dan kualitas

lingkungan. Bakteri metanogenik yang dominan pada sludge granular

diperkirakan tidak bekerja optimum pada kondisi asam fase asidogenesis.

181

Gambar 73 Komposisi gas yang dihasilkan dari proses anaerobik batch 2

Fase asidogenesis yang terjadi setelah fase hidrolisis diperkirakan tidak

dapat berlangsung sempurna pada sampel dengan konsentrasi COD tinggi (30

g/L). Pada fase ini, selain substrat, aneka mikroorganisme turut mempengaruhi

kelancaran proses degradasi. Semakin banyak organisme yang aktif, semakin

baik proses fermentasi hasil fase hidrolisis menjadi karbon organik, komponen

molekul sederhana, hidrogen dan karbondioksida. Semakin tinggi konsentrasi

COD, semakin besar pula dihasilkan hidrogen yang cenderung menyebabkan

suasana asam.

182

Netralisasi pH limbah cair di awal proses ternyata tidak selalu mampu

menjaga keseimbangan reaksi asam basa pada fase formasi asam (asidogenesis).

Konsentrasi gas hidrogen dan pembentukan asam yang tinggi sebagai akibat

dekomposisi bahan organik serta karakteristik bakteri granular yang hanya bekerja

optimal pada fase metanogenesis, menyebabkan oksidasi anaerobik berhenti.

Pada kondisi ini, mikroorganisme diperkirakan tidak memiliki lagi energi yang

cukup untuk tumbuh dan akhirnya mati (Droste 1997). Sebagai akibatnya proses

metanogenesis tidak dapat berlangsung sempurna dan sebagian besar komponen

organik tidak dapat dikonversi menjadi metana. Produksi metana hanya dapat

terjadi pada kondisi pH netral.

Metabolisme anaerobik merupakan proses konversi komponen organik

dalam kondisi tidak adanya oksigen menjadi komponen karbon sederhana,

karbondioksida dan intermediate lainnya. Ketiga tahapan penting dalam proses

anaerobik adalah hidrolisis, asidogenesis dan metanogenesis. Stabilitas proses

anaerobik tergantung pada komposisi mikroorganisme metabolik yang

membentuk asam dan hidrogen, pH dan suhu lingkungan. Meskipun bakteri

metanogenik memainkan peran penting dalam keseluruhan proses degradasi

karena kemampuannya menghasilkan gas metan sebagai biogas. Akan tetapi grup

metabolit lainnya seperti bakteri pembentuk asam pada proses hidrolisis, bakteri

obligat yang menghasilkan asetogen pada fase asidogenesis juga berperan

mempercepat proses metanogenesis. Pertumbuhan mikroorganisme yang berbeda

di berbagai rentang pH menjadikan gabungan komposit mikroorganisme granular

dan flokular pada batch 1 lebih baik daripada batch 2.

Pada konsentrasi COD tinggi (30 g/L), gas metana terutama mulai

diproduksi hari ke 23 pada batch 1 dan hari ke-3 pada batch 2. Setelah hari ke 23,

hidrogen cenderung menghilang dengan meningkatnya persentase gas metana

hingga masa stabilisasi yaitu pada hari ke-61 dimana persentase metana mencapai

70%. Sebaliknya pada batch 2, gas metana hanya mampu mencapai persentase

tertinggi pada hari ke-3. Bakteri metanogenik yang merupakan komponen

terbesar dalam komposit bakteri granular bekerja optimum selama masa itu dan

terstabilkan hingga hari ke-40.

183

Proses degradasi konsentrasi bahan organic yang tinggi serta menghasilkan

hidrogen dengan persentase besar menyebabkan bakteri granular tidak bekerja

optimal karena suasana asam. Komposisi VFA (volatile fatty acids) menunjukkan

kondisi lingkungan di dalam vessel (reaktor anaerobik sederhana). Tingginya

komposisi VFA dapat menyebabkan proses degradasi organik hingga

metanogenesis gagal (Tabel 28). Kombinasi inokulum dibutuhkan untuk

mendegradasi limbah cair kopi sintetik berkonsentrasi tinggi meskipun

membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan inokulum yang bersifat

spesifik. Kemampuan adaptasi dan rentang tropis dari komposisi mikroorganisme

dalam inokulum mampu mengatasi suasana asam dan organik kompleks dalam

limbah cair kopi sintetik.

Tabel 28 Rata-rata komposisi biogas dan VFA pada konsentrasi COD 30 g/L

Komponen Satuan Batch 1 Batch 2

CH4 % 57,01 27,38

CO2 % 40,85 46,96

H2 % 0,00 8,54

acetic acid ppm 389,92 756,46

propionic acid ppm 80,84 117,98

iso-butyric acid ppm 27,89 31,40

butyric acid ppm 688,33 987,97

iso-valeric acid ppm 42,79 51,17

valeric acid ppm 21,24 24,67

hexanoic acid ppm 22,98 43,83

Limbah cair proses pengolahan kopi memiliki kandungan bahan organik

tinggi terutama yang dihasilkan dari perlakuan minimisasi limbah cair. Akan

tetapi kandungan bahan organik yang tinggi menunjukkan potensi besar untuk

menghasilkan biogas selama proses metabolisme anaerobik berjalan optimal. Hal

ini didukung oleh Wilkie et al. (2004), bahwa produksi gas pada proses fermentasi

besarnya proporsional dengan laju pemanfaatan substrat, formasi produk dan

pertumbuhan microbial. Oleh karena itu agar proses degradasi anaerobik dapat

berjalan optimal, kondisi lingkungan seperti pH dan suhu proses, serta komposit

bakteri yang beragam perlu dijaga.

184

7.3.5. Proses Penanganan Anaerobik Limbah Cair

Penanganan anaerobik merupakan proses biologi yang mampu

menghasilkan energi (biogas) dengan teknologi yang sederhana dan biaya relative

murah. Selain itu tidak membutuhkan lahan yang luas dan tidak menghasilkan

lumpur dalam jumlah besar, jika dibandingkan penanganan aerobik. Penanganan

anaerobik mampu mengurangi pencemaran dari proses pengolahan kopi sekaligus

menghasilkan bahan bakar. Selama ini proses anaerobik telah banyak diterapkan

untuk menangani limbah cair organik dari industri termasuk limbah pengolahan

sayuran dan buah serta limbah pertanian. Penanganan anaerobik yang

menghasilkan biogas membutuhkan digester untuk menangkap gas metana yang

dihasilkan sehingga tidak terbuang ke lingkungan dan menyebabkan dampak

rumah kaca. Gas metana (CH4) memiliki dampak 21 kali lebih tinggi

dibandingkan gas karbondioksida (CO2). Menurut Wahyuni (2010), prinsip

bangunan digester adalah menciptakan suatu ruangan kedap udara (anaerob) yang

menyatu dengan saluran pemasukan serta saluran atau bak pengeluaran. Bak

pemasukan dapat berfungsi untuk melakukan homogenisasi ataupun melakukan

netralisasi dari bahan baku limbah cair dan padat. Bak pengeluaran ataupun bak

penampungan dapat berfungsi sebagai tempat bahan sisa (sludge) hasil

perombakan bahan organik dari digester yang telah terurai. Beberapa aplikasi

penanganan anaerobik yang telah diterapkan pada limbah cair pengolahan kopi

disajikan pada Tabel 29.

Floating Biogas Doom

Mansory Outer Wall

Mansory Inner Wall

Scrapper

Agitator Axle

OUTLET

Slurry PumpPowered by Biogas

Biogas Outlet Valve

FEED STOCKS INLET

Overflow Gate

SLURRY = 30 m3

GAS HOLDER = 28 m3

Water Seal Channel

Gambar 74 Gambar skematik digester tipe sirkular Sumber: Seijin Unit Pasca Panen Puslitkoka (2011)

185

Digester yang digunakan pada aplikasi anaerobik pengolahan limbah cair

pengolahan kopi di Puslitkoka merupakan digester bertipe sirkular tipe terapung

sistem campuran dengan konstruksi bata di dalam tanah berukuran 30 m3.

Penangkap gas dibuat dari lapisan baja mengambang berukuran 28 m3 yang

diinstalasi pada bagian atas digester (Gambar 74.)

Tabel 29 Perbandingan berbagai karakteristik digester anaerobik

Sumber Jenis Digester Karakteristik

Proses

Efisiensi

Mendoza dan

Rivera (1998)

UAHR HRT : 22 jam

OLR = 1,89 kg

COD/m3.hari

BOD : 1483 mg/L

COD : 2480 mg/L

COD eff: 77,2%

Von Enden dan

Calvert (2002)

Kolam asam &

netralisasi.

UASB

HRT: 4 – 6 jam BOD in: 20000 mg/L

BOD eff : 90%

Houbron et al.

(2003)

Mixed reactors

2 tahap

HRT : 10 hari COD asidifikasi : 85%

COD total : 95%

CH4 : 80%, 0,381 g/L COD

Dari proses 23 ton buah kopi

menghasilkan 1,886 CH4

m3/hari

Chanakya dan

de Alwis (2004)

1. Lagoon

2. Plug flow

system dengan

variasi

biomassa

HRT : 21 hari

OLR : 0,05 – 0,2 kg/

m3.hari

OLR : 2 kg/m3.hari

COD

HRT : 7 -10 hari

COD eff: 60%

COD > 25 g/L

COD eff : 90%

Gas: 0,5 m3/kg.hari

Bruno dan

Oliveira (2008)

UASB (upflow

anaerobic

sludge blanket)

2 tahap

Tahap 1:

HRT 5,2 hari pada

OLR: 2,6 g/L COD

Tahap 2:

HRT 2,6 hari pada

OLR: 0,5 g/L COD

COD in: 15440 – 23040

mg/L, COD out 1: 1100 –

11500 mg/L

COD out 2: 420 – 9000 mg/L

COD eff: 66 – 98%

TSS eff : 93 – 97%

CH4 (1): 69 – 89%

CH4 (2): 52 – 73%

Selvamurugan

M et al. (2010)

UAHR (uplow

anaerobic

hybrid reactor) :

kombinasi

UASB dan UAF

HRT: 18 jam

OLR: 9,55

kg/m3.hari

BOD in: 3800 – 4780 mg/L

COD in: 6420 – 8480 mg/L

TOC in: 0,36 – 0,48

TSS in: 2390 – 2820 mg/L

TDS in: 1130-1380 mg/L

COD eff: 61 %

BOD eff : 66 %

TS eff : 58 %

Biogas : 60,7 %

Produksi biogas: 430 L/kg

COD

186

Perlakuan minimisasi air terpilih adalah pada rata-rata volume air proses

3,012 m3/ton buah kopi dengan volume air proses pencucian rata-rata 0,754

m3/ton buah kopi dan proses pencucian 2,258 m

3/ton buah kopi (Tabel 30.). Pada

perlakuan ini mutu biji kopi telah meningkat dibandingkan proses olah kering dan

tidak menunjukkan perbedaan dengan perlakuan minimisasi pada volume air yang

lebih besar. Karakteristik limbah cair pengolahan kopi menunjukkan kesesuaian

penanganan menggunakan proses anaerobik dalam digester untuk menghasilkan

biogas sebagai produk samping yang diinginkan. Semakin sedikit volume air

yang digunakan semakin tinggi konsentrasi bahan organik dan semakin besar

potensi menghasilkan biogas.

Tabel 30 Neraca massa proses pengolahan kopi perlakuan minimisasi air terpilih

Komponen Input Output

Biji Kopi Limbah

Buah kopi, kg

Air pengolahan, liter

1000

3012

Total, kg 4012

Biji kopi, kg

Kulit buah dan pulpa pengupasan, kg

Pulpa pencucian

Kulit tanduk

Limbah cair + lendir (mucilage), kg

Penguapan dan kehilangan air, kg

185

565

24,6

53

2937,4

247

Total, kg 4012

a. Netralisasi Limbah Cair

Limbah cair kopi pengolahan kopi yang memiliki pH rendah (4,0) sebelum

dialirkan ke digester anaerobik sebaiknya dinetralkan terlebih dahulu dengan

penambahan batu kapur (CaCO3 = 1g/L) hingga mencapai pH minimal 5,0 atau pH

netral (6,5 – 7,0). Ketika CaCO3 dilarutkan dalam air akan menyebabkan CaCO3

terurai berdasarkan reaksi:

CaCO3 + 2H2O H2CO3 + Ca(OH)2

H2CO3 H2O + CO2 (langsung bereaksi)

Alternatif lain untuk meningkatkan alkalinitas limbah cair adalah CaO. Akan

tetapi kelarutannya yang rendah dan presipitasi dari Ca sebagai garam karbonat

dapat menimbulkan permasalahan operasional pada unit pengolahan. Hubungan

kenaikan pH dan penambahan CaO dan CaCO3 disajikan pada Gambar 75.

187

(a)

(b)

Gambar 75 Penambahan alkali dan kenaikan pH limbah cair kopi

(a) CaCO3, (b) CaO

Menurut Bello dan Rivera (1998), pemilihan alkali sangat penting.

Penggunaan alkali NaOH untuk limbah cair sebagaimana Na2CO3 dan MgO akan

bereaksi dengan CO2 untuk membentuk bikarbonat. Penambahan bahan kimia

untuk netralisasi haruslah sesuai kebutuhan agar tidak terjadi peningkatan pH

yang drastis yang dapat menjadi inhibitor proses berikutnya. Pada penanganan

limbah cair, reaksi netralisasi yang mengikat karbondioksida membantu

mengurangi gas CO2 dalam proses anaerobik.

Bello dan Rivera (1998), menganjurkan penggunaan bahan kimia lain yang

dapat digunakan untuk netralisasi limbah cair dan mudah diperoleh di kalangan

petani yaitu urea. Komponen nitrogen organik ini memiliki kemampuan

188

biodegradasi pada proses anaerobik yang menghasilkan peningkatan alkalinitas

seiring lepasnya ammonium. Metabolisme urea yang dibangun membiarkan

sumber alkalinitas untuk menjaga ketersediaan tingkat alkalinitas bikarbonat

dalam sistem dan menyediakan mikroorganisme dengan nitrogen yang penting

untuk mendukung sintesa dari biomassa baru. Urea dipergunakan secara luas di

pertanian, lebih murah harganya sehingga akan banyak tersedia di kawasan

perkebunan kopi rakyat. Reaksi netralisasi yang dapat terjadi pada limbah cair

oleh urea adalah sebagai berikut:

Amoniak cenderung bersifat toksik sedangkan ammonium kurang toksik.

Konsentrasi ammonia dalam air tergantung pada pH dan temperature. Semakin

tinggi pH dan temperature air, semakin tinggi juga konsentrasi ammonia.

b. Operasional Digester Anaerobik

Dekomposisi bahan organik menghasilkan biogas merupakan proses yang

terjadi alami, seperti yang terjadi pada lahan basah, lahan sawah, perut ruminansia

dan lainnya. Rumen sapi pada prinsipnya bekerja seperti digester biogas mini

dengan komposisi mikroorganisme yang lengkap. Oleh karena itu digester biogas

buatan umumnya menggunakan kotoran sapi yang dapat berperan sebagai

inokulan untuk memulai proses biogas. Suhu yang tinggi pada rumen sapi (±

39°C) dan mikroorganisme di dalamnya telah teradaptasi pada temperatur yang

sesuai untuk menghasilkan biogas pada digester anaerobik.

Digester anaerobik untuk penanganan limbah cair kopi dapat dioperasikan

sebelum musim panen kopi dengan input larutan kotoran sapi (1:1). Proses

terbentuknya biogas terjadi setelah 21 hari dengan produksi 2 – 6 m3/hari

(Gambar 76). Total produksi biogas mencapai 16 – 18 m3/hari hingga tiba saat

panen kopi. Masa panen kopi umumnya berlangsung sejak bulan Juni hingga

bulan September. Pada saat panen kopi, input larutan kotoran ternak digantikan

oleh limbah cair proses pengolahan kopi. Komposisi gas metan (CH4) dalam

biogas mencapai nilai 55 - 60%. Pengukuran komposisi gas metan dilakukan

selama siklus produksi sebanyak 3 kali di awal panen, saat panen dan setelah

189

panen kopi. Laju produksi biogas meningkat setelah 20 hari setelah pemberian

input limbah cair proses pengolahan kopi hingga 40 m3/hari. Berdasarkan

perhitungan dari konsentrasi input dan output digester (Tabel 31), perkiraan

produksi biogas perhari adalah 38,7 m3 . Nilai tersebut tidak jauh berbeda dengan

pengukuran di lapangan pada saat panen puncak. Berdasarkan pengamatan, rata-

rata produksi biogas dari limbah cair pengolahan kopi lebih tinggi dibandingkan

penggunaan larutan kotoran ternak (Gambar 77).

Gambar 76 Laju produksi biogas selama 1 siklus produksi kopi

Gambar 77 Profil produksi biogas harian dengan 2 jenis input berbeda

190

Digester beroperasi pada rentang temperatur antara 28 – 32oC yang

menunjukkan temperature optimum bagi bakteri mesofilik untuk menghasilkan

biogas. Waktu tinggal padatan atau yang disebut dengan Solid Retention Time

(SRT) dari digester dengan kapasitas 30 m3 adalah 13 hari. Laju alir limbah

optimum adalah 2,33 m3/hari. Menurut Alatiqi et al., (1998), SRT pada digester

campuran sama dengan HRT (hydraulic retention time). HRT merupakan salah

satu parameter proses anaerobik yang dapat mempengaruhi performa

mikroorganisme. HRT menentukan kemampuan mikroorganisme untuk

melakukan proses hidrolisis bahan organik partikulat dan melakukan tahapan

asidifikasi dari komponen organik terlarut. Karakteristik limbah cair berdasarkan

perlakuan minimisasi dan keluaran digester ditampilkan dalam Tabel 31.

Tabel 31. Karakteristik air dan limbah cair pengolahan anaerobik

Jenis air pH BOD

(mg/L)

COD

(mg/L)

BOD/

COD

TSS

(mg/l)

VSS

(mg/L)

Air awal proses 7,15 35 80 32

Air rambang 5,19 229 418 0,55 139

Limbah cair proses

(pengupasan + pencucian)

4,79 6665 15203,8 0,44 11828,98 16218,58

Efluen anaerobik 6,57 821 2160 0,38 920 2584

Penurunan (%) 89,38 87,74 91,60 84,07

Menurut Anonim (2003), karbon dan nitrogen merupakan komponen

penting untuk pembentukan sel dan metabolisme anaerobik. Rasio karbon dan

nitrogen dari limbah cair proses pengolahan kopi dapat mempengaruhi proses

metabolisme. Rasio karbon dan nitrogen optimum antara 25 : 1 hingga 30 :1.

Unsur karbon C dimanfaatkan sebagai sumber energi di dalam proses

metabolisme dan perbanyakan sel oleh bakteri. Sementara unsur nitrogen (N),

digunakan untuk sintesis protein atau pembentukan protoplasma. Selama proses

metabolisme, karbon dimanfaatkan untuk menghasilkan CO2 dan CH4, sehingga

karbon akan tereduksi dan menurunkan rasio C/N di akhir proses. Di sisi lain,

akan meningkatkan konsentrasi nitrogen.

Bahan organik yang mempunyai kandungan C terlalu tinggi menyebabkan

proses penguraian berjalan lambat. Sebaliknya jika C terlalu rendah maka sisa

nitrogen akan berlebihan sehingga terbentuk amonia (NH3). Kandungan amoniak

yang berlebihan dapat meracuni bakteri. Nilai C/N rata-rata limbah cair

191

pengolahan kopi yang berasal dari proses pengupasan dan pencucian berturut-

turut adalah 28 : 1 dan 20 : 1. Untuk meningkatkan proses metabolisme

anaerobik dapat ditambahkan bahan organik lain yang memiliki nilai C/N tinggi.

Penelitian Raphael dan Velmourougane (2011) menunjukkan nilai C/N kulit buah

kopi (pulpa) rata-rata 35,5 : 1. Penambahan kulit buah kopi yang dihasilkan dari

proses pengupasan ke dalam reaktor anaerobik dapat membantu meningkatkan

C/N hingga proses metabolisme optimum untuk meningkatkan produksi biogas.

Akan tetapi ukuran kulit buah kopi yang masih berukuran besar dapat

menyebabkan proses hidrolisis terhambat. Oleh karena itu dibutuhkan

penanganan pendahuluan untuk memperkecil ukuran kulit buah kopi. University

of Southampton and Greenfinch Ltd (2003), pengurangan ukuran partikel dapat

memberikan luasan permukaan yang lebih besar untuk melancarkan proses

hidrolisis oleh bakteri pada digester.

Proses hidrolisis dari kulit buah dan limbah cair kopi menghasilkan asam

amino dan gula sederhana yang digunakan oleh mikroorganisme untuk

menghasilkan sel dan produk intermediet seperti asam propionat, asam butirat,

asam lemak rantai panjang dan alkohol. Komponen-komponen tersebut

merupakan substrat bagi bakteri metanogenik untuk menghasilkan metana.

Digester anaerobik yang menggunakan input tambahan limbah padat kulit

buah kopi sebagai bahan baku untuk mengoptimalkan produksi biogas dapat

menurunkan beban penanganan limbah padat. Terutama karena limbah padat

kulit buah kopi dapat mencapai 60% dari output yang dihasilkan dalam proses

pengolahan buah kopi. Proses anaerobik yang memanfaatkan kulit buah kopi

sebagai campuran input limbah cair pengolahan kopi harus dijaga pada kondisi

volume padatan sebesar 12-13%.

Melalui proses hidrolisis, asidogenesis dan metanogenesis yang terjadi

dalam digester anaerobik, konsentrasi limbah cair pengolahan kopi dapat turun

hingga 90% sekaligus menghasilkan biogas yang mengandung gas-gas metan,

karbondioksida, hidrogen, nitrogen dan asam-asam volatil lainnya. Efluen

anaerobik ini dapat dimanfaatkan sebagai pupuk cair organik. Metan memiliki

daya bakar sehingga dapat digunakan sebagai sumber energi. Biogas merupakan

salah satu alternatif pemanfaatan produk samping yang memberikan andil untuk

192

memenuhi kebutuhan bahan bakar atau energi. Biogas dapat digunakan dalam

berbagai keperluan untuk memasak, penerangan, pompa air, boiler, dsb. Adapun

komposisi efluen proses anaerobik disajikan pada Tabel 32.

Tabel 32 Komposisi efluen proses anaerobik

Slurry Value

C/N 15,5

pH 6,6 – 7,5

N (mg/L) 1,83

P (mg/L) 1,225

Proses fermentasi anaerobik pada prinsipnya dapat dibagi menjadi 2 fase

utama yaitu fase fermentasi asam dan fermentasi metana. Fase pertama adalah

fermentasi asam yang menghasilkan produk-produk intermediet yang terutama

didominasi olah asam-asam volatile (VFA). Fase fermentasi metana

mengkonversi produk intermediet menjadi produk yang lebih stabil terutama

metana dan karbondioksida. Karakteristik mikroorganisme, kebutuhan

lingkungan seperti pH dan suhu optimum dapat berbeda pada kedua fase tersebut.

Kedua fase fermentasi yang terjadi dalam satu reaktor disebut digester anaerobik

konvensional. Penanganan limbah cair pengolahan kopi secara anaerobik

konvensional relatif mudah untuk diterapkan selain menghasilkan biogas sebagai

sumber energi. Lumpur proses anaerobik yang dihasilkan cenderung lebih stabil

sehingga memudahkan pemanfaatannya.

7.3.6. Proses Fisika Kimia Penanganan Limbah Cair

Proses penanganan limbah cair kopi yang memiliki konsentrasi bahan

organik tinggi dengan digester anaerobik sistem campuran belum sepenuhnya

menghasilkan efluen penanganan yang dapat dibuang ke badan air (BOD

maksimum 100 mg/L dan COD maksimum 250 mg/L). Alternatif upaya

penanganan limbah cair proses pengolahan kopi adalah proses kimia dan fisika.

Proses kimia melalui koagulasi flokulasi merupakan salah satu proses yang dikaji

untuk menangani limbah cair pengolahan kopi karena dianggap efektif, murah dan

mudah dalam penanganan limbah cair (Edzwald 1993), sepanjang dilakukan pada

kondisi optimum proses. Proses penanganan fisika melalui penyaringan

merupakan proses penanganan limbah cair yang sejak dahulu telah diterapkan

193

untuk penanganan limbah cair proses pengolahan kopi di perkebunan besar

Indonesia.

Alternatif penanganan limbah cair proses pengolahan kopi dengan proses

fisika dan kimia dilakukan untuk mengetahui efisiensi kedua proses tersebut jika

diterapkan pada sistem penanganan limbah cair proses pengolahan kopi.

Perlakuan proses kimia dilakukan pada beberapa konsentrasi limbah cair kopi

yang berasal dari efluen proses anaerobik dan limbah cair yang berasal dari UPK

Desa Sidomulyo.

Koagulan yang digunakan merupakan jenis koagulan yang umum digunakan

yaitu Al2(SO4)3, yang dikenal dengan nama alum, FeCl3 dan PAC

(Polyaluminimum chloride). Efektifitas proses koagulasi hanya dapat terjadi pada

kondisi optimum proses. Kondisi optimum proses diantaranya adalah pH larutan

dan dosis koagulan yang menentukan keberhasilan penurunan konsentrasi limbah

cair. Penggunaan dosis yang berlebih akan menyebabkan restabilisasi kompleks

partikel koloid pada limbah cair. Pada pra perlakuan telah ditentukan pH dan

dosis optimum yang dapat diaplikasikan pada limbah cair kopi. Penggunaan

koagulan pada pH dan dosis optimum akan menunjukkan penurunan konsentrasi

polutan koloid maksimum. Larutan Ca(OH)2 ataupun CaCO3 dapat digunakan

untuk meningkatkan pH sekaligus berfungsi sebagai koagulan pendukung.

Tabel 33 Efisiensi proses pengolahan kimia dan fisika limbah cair kopi Penanganan pH

awal

pH

akhir

COD awal

(mg/L)

pH:dosis

optimum

COD akhir

(mg/L)

ΔCOD

(%)

ΔWarna

(%)

Kimia:

a. Alum

b. FeCl3

c. Alum + Ca

d. FeCl3 + Ca

e. Alum

f. PAC

4,5

4,5

4,5

4,5

7,12

7,12

5,5

4,3

6,0

5,5

6,0

6,5

5000a)

5000 a)

5000 a)

5000 a)

1960b)

1960b)

6,0:5g/L

5,0:7,5g/L

6,0:5g/L

6,0:7,5g/L

6,0:5g/L

7,0:5g/L

2453

1404

2121

1448,9

191,01

137,49

50,93

71,91

57,58

71,02

90,25

92,98

89,15

97,84

88,47

96,36

70,48

88,25

Fisika d)

4,64

7,12

4,80

7,50

1520 c)

1960 b)

618,08

622,33

59,34

68,25

45,08

40,15 a) limbah cair kopi

b) efluen proses anaerobik limbah cair di Puslitkoka, Kab. Jember

c) limbah cair proses pengolahan kopi di KUPK Sidomulyo, Kab. Jember

d) kombinasi ijuk, silica, karbon aktif & zeolit

Penentuan koagulan berpengaruh nyata terhadap penurunan warna, TSS dan

COD. Pada penelitian yang pernah dilakukan untuk limbah cair yang

mengandung melanoidin, penggunaan feri klorida ataupun garam-garam besi lebih

194

efektif dibandingkan alum. Akan tetapi efluen yang dihasilkan cenderung di

bawah pH netral sehingga membutuhkan penanganan lanjutan (Novita 2001).

Penggunaan koagulan FeCl3 pada penelitian ini juga menunjukkan

persentase penurunan yang lebih besar pada limbah cair proses pengolahan kopi

dibandingkan penggunaan alum (Gambar 78). Akan tetapi lumpur besi yang

dihasilkan cukup besar serta pH larutan akhir yang cenderung asam akan

menimbulkan permasalahan pada saat penanganan akhir. Kombinasi Ca pada

perlakuan koagulasi dimaksudkan untuk menggantikan NaOH yang lebih mahal

harganya sehingga mencapai pH optimum proses. Akan tetapi lumpur akhir

cukup besar sehingga membutuhkan penanganan khusus setelah proses selesai.

Lumpur proses koagulasi flokulasi dalam jumlah besar di beberapa industri telah

banyak dimanfaatkan untuk pembuatan coneblock ataupun batako. Membutuhkan

kajian lebih lanjut apabila akan dilakukan pemanfaatan lumpur proses koagulasi

flokulasi.

Penurunan warna lebih signifikan terjadi pada limbah cair proses

pengolahan kopi dibandingkan penurunan COD. Hal ini diperkirakan karena

proses koagulasi tidak mampu menggoyahkan partikel-partikel bahan organik

kompleks limbah cair kopi. Akan tetapi proses koagulasi flokulasi cukup efektif

dilakukan pada efluen proses anaerobik, karena bahan organik kompleks telah

diurai oleh mikroorganisme anaerobik. Dengan demikian, penurunan konsentrasi

bahan organik dapat terjadi seiring penurunan warna efluen anaerobik.

Gambar 78 Grafik penurunan COD dan warna pada limbah cair kopi

195

Menurut Stumm dan O’Melia (tanpa tahun) diacu dalam Benefield et al.

(1982), untuk merangsang partikel koloid bergabung membentuk gumpalan pada

proses koagulasi dibutuhkan cara penggoyahan partikel yang dapat dicapai

melalui penekanan lapisan ganda listrik dan penyerapan untuk netralisasi.

Penekanan lapisan ganda listrik dicapai melalui penambahan elektrolit bermuatan

yang berlawanan dengan muatan partikel koloid. Selanjutnya penggoyahan

partikel koloid juga akan terjadi apabila elektrolit yang ditambahkan dapat diserap

oleh partikel koloid sehingga muatan partikel menjadi netral. Penyerapan

elektrolit ini hanya mungkin terjadi jika muatan partikel mempunyai konsentrasi

cukup kuat mengadakan gaya tarik menarik antara partikel koloid dengan

koagulan (Koenig 1987).

Reaksi alum dan feri klorida dalam air dapat berbeda sehingga kekuatan

penggoyahan partikel koloid limbah cair juga berbeda. Menurut Eckenfelder

(1986), reaksi alum dan feri klorida adalah sebagai berikut;

Al2(SO4)3 + 6HCO3- 2 Al(OH)3 + 3 SO4

-2 + 6CO2

FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl

-

Alum lebih stabil dalam penggunaannya dan flok aluminium hidroksida

yang terbentuk bersifat gelatin sehingga akan mengabsorpsi partikel koloid.

Sementara feri klorida bekerja dengan dua mekanisme, yaitu sebagian ion Fe3+

akan menetralkan muatan koloid dan sebagian ion Fe3+

mengalami hidrolisis.

Reaksi hidrolisis feri klorida mirip dengan reaksi hidrolisis alum pada persamaan

reaksi sebelumnya.

Proses koagulasi dan flokulasi dapat dilakukan pada limbah cair kopi instan.

Menurut Ean (2008), feri klorida menunjukkan kemampuan lebih baik

dibandingkan aluminium sulfat untuk mengolah limbah cair kopi instan. Tingkat

penurunan turbiditas dan TSS mencapai 95,38% dan 91,43% menggunakan feri

klorida. Sedangkan aluminium sulfat menurunkan turbiditas dan TSS sebesar

87,65% dan 88,57%. Feri klorida juga mampu menurunkan warna dan COD

sebesar 95% dan 66,45%. Aluminium sulfat mampu menurunkan warna dan

COD sebesar 90% dan 66,45%.

Proses fisika dengan prinsip filtrasi dan adsorpsi dapat digunakan untuk

menangani limbah cair kopi dan efluen anaerobik meskipun dengan efisiensi

196

rendah. Penanganan filtrasi pada penelitian ini menggunakan pasir halus silica,

karbon aktif dan zeolit untuk proses adsorpsi dan penyaringan. Penggunaan ijuk

pada awal proses dimaksudkan untuk menyaring polutan yang berukuran besar.

Efisiensi penurunan polutan lebih besar pada efluen anerobik dibandingkan pada

limbah cair kopi. Dengan demikian penanganan fisika lebih sesuai untuk

penanganan sekunder daripada untuk penanganan primer limbah cair kopi.

Karbon aktif yang digunakan pada penelitian ini merupakan jenis karbon

aktif granular yang umum digunakan pada proses adsorpsi limbah cair dan air

minum. Karbon aktif digunakan untuk mengadsorpsi padatan terlarut hingga

padatan tersuspensi/koloid. Meskipun dalam pemanfaatannya akan dipengaruhi

oleh konsentrasi polutan, waktu kontak, pH dan dosis karbon aktif. Menurut

Chaudhuri dan Khairi (2011), permukaan karbon aktif granular yang luas dengan

mikro pori, mikro volume dan diameter rata-rata pori cenderung seragam cukup

efektif menangani limbah cair yang terkontaminasi logam berat. Ukuran pori

yang kecil akan memberikan waktu kontak lebih lama pada limbah cair sehingga

mampu mengoptimalkan proses adsorpsi.

Gambar 79 Perbandingan efisiensi pengolahan fisika pada limbah cair kopi

Karbon aktif dapat dibuat dari limbah pertanian dengan karakteristik yang

tidak jauh berbeda dengan karbon aktif berbasis batubara. Salah satu contoh

sumber karbon aktif adalah sabut kelapa yang merupakan residu pengolahan

kelapa yang mudah diperoleh dan murah. Sabut kelapa kaya akan lignin (16–

45%), hemiselulosa (24–47%), dan pektin (2%) (Han dan Rowell 1996; Conrad

dan Hansen 2007). Grup karboksilat dan fenolat dari lignin, hemiselulosa dan

197

pektin merupakan bagian penting dalam pengikatan logam-logam berat Conrad

dan Hansen 2007).

Selain karbon aktif, zeolit juga umum digunakan dalam proses adsorpsi dan

penyaringan. Zeolit memiliki kemampuan untuk tukar kation. Zeolit adalah

aluminosilikat dengan rasio Si/Al yang memiliki kemampuan untuk adsorpsi

selektif air, limbah cair, karbondioksida, hidrogen sulfida dan polutan lain.

Adsorpsi sejauh ini merupakan metode yang cukup baik, efektif, murah dan

mudah diterapkan untuk menurunkan konsentrasi polutan.

Pasir silica selain dapat menyaring padatan tersuspensi juga mampu

mendekomposisi polutan terlarut. Dengan demikian pasir silica membantu

mengurangi padatan tersuspensi pada limbah cair. Menurut El Taweel dan Ali

(2000), penyaringan air menggunakan pasir silica juga dapat menurunkan total

coliform, penurunan kekeruhan terutama bila dilakukan secara bertahap.

Meskipun demikian secara estetika air yang terfilter tidak ada perbedaan

berdasarkan parameter fisika dan kimia.

7.3.6. Desain Penanganan Limbah Padat Proses Pengolahan Kopi

Limbah padat proses pengolahan basah kopi berupa kulit, daging buah

(pulp) dan kulit tanduk apabila tidak ditangani akan menimbulkan bau tidak sedap

dan menarik serangga dan lalat. Limbah padat akhirnya dapat menimbulkan

masalah kesehatan lingkungan dan estetika. Apabila limbah tersebut tidak

dimanfaatkan secara optimal dan ditumpuk di sekitar lokasi pengolahan selama

beberapa bulan, akan menimbulkan bau busuk dan cairan yang mencemari

lingkungan. Menurut Rathinavelu dan Graziosi (2005), upaya pemanfaatan

limbah padat kopi telah dilakukan berpuluh-puluh tahun yang lalu terutama

pemanfaatan pulpa kopi menjadi pakan ternak, asam cuka, biogas, ekstrak kafein,

pektin, enzim pektat, protein, dan kompos. Salah satu upaya untuk mendukung

pertanian berkelanjutan melalui perbaikan tanah adalah pemanfaatan secara

maksimal limbah proses produksi kopi. Limbah pulpa kopi memiliki kadar bahan

organik dan unsur hara yang memungkinkan untuk memperbaiki tanah. Hasil

penelitian menunjukkan bahwa kadar C-organik pulpa kopi adalah 45,3 %, kadar

nitrogen 2,98 %, fosfor 0,18 %, dan kalium 2,26 %. Selain itu pulpa kopi juga

198

mengandung unsur Ca, Mg, Mn, Fe, Cu, dan Zn. Pulpa kopi kaya akan serat,

karbohidrat, protein, mineral dan sejumlah pektin.

Pulp Kopi

Pembuatan pakan Silase dari pulp kopi Pakan ternak

Tepung pulp kopi Pakan ternakPengeringan

Bagas-pulp kopiPengepresan

Penambahan

air (juice)

Proses

mikrobial

Produk kaya

protein

Pakan ternak

Pulp kopiEkstraksi

Caffein

Pulp kopiEkstraksi

Protein

Fermentasi

alamiPupuk organik + energi (gas)

Lain

Cuka

Enzim pektinase

Ekstrak konsentrasi pulp kopi

Gambar 80 Beberapa alternatif pemanfaatan pulpa kopi (Braham dan Bressani 1979)

Kulit tanduk kopi

(hull)

Pakan ternak

Ekstraksi pelarut Residu

Wax (lilin)

Bahan bakar

Arang + asam asetat

Lendir (mucilage)

Enzim pektinase

Proses mikrobial (kaya protein)

Pektin

Gambar 81 Beberapa alternatif pemanfaatan kulit tanduk dan lendir kopi (Braham dan Bressani 1979)

Produk lain yang menarik dimanfaatkan adalah lendir (mucilage) yang

terletak di antara daging buah dan kulit kopi dan merupakan 5% berat kering dari

buah kopi (Bressani et al. 1972). Lendir terdiri atas lapisan kental 0,5 – 2 mm

yang kuat melekat pada kulit buah. Lendir merupakan lapisan koloid dan bersifat

hidrogel (lyophilic). Lendir mengandung air, pektin, gula, dan asam organik.

Selama fase pematangan buah kopi, kalsium pektat yang berada di tengah lamella

dan protopektin dari dinding selular dikonversi menjadi pektin. Transformasi atau

proses hidrolisis protopektin ini menyebabkan disintegrasi dari dinding sel,

199

meninggalkan plasma sel. Selain pektin, plasma ini mengandung gula dan asam

organik yang diturunkan dari proses konversi dan metabolisme tepung menjadi

gula (Carbonell dan Vilanova 1974 diacu dalam Braham dan Bressani 1979).

Lendir umumnya sulit untuk diperoleh karena mekanisme proses

pengupasan dan pencucian pada pengolahan basah. Lendir akan terbawa bersama

air dan akan terolah seterusnya melalui fermentasi. Oleh karena itu apabila

diinginkan substansi pektat, maka perlu dilakukan daur ulang air atau

menggunakan pulpa kopi sebagai bahan baku.

Berdasarkan studi literature dan pengamatan di lapangan, beberapa

alternative pemanfaatan limbah padat proses pengolahan basah kopi rakyat adalah

sebagai berikut;

1. Briket. Limbah padat kopi dapat dijadikan briket, terutama untuk kulit kopi

yang berasal dari pengolahan kering. Dari 1 kilogram kulit kopi yang

dihasilkan dalam proses pengolahan biji kopi dapat dihasilkan 4 ons briket.

Pengolahan itu dilakukan dengan mengambil kulit kopi. Pada kulit kopi hasil

pengolahan basah, perlu dilakukan pengeringan terlebih dahulu. Selanjutnya,

limbah dijadikan arang dan kemudian dicetak. Briket dari limbah kopi itu siap

dipakai dalam bentuk cetakan bulat, sebesar buah kemiri. Cara

memanfaatkannya sama dengan briket batu bara.

Gambar 82 Contoh briket kulit kopi pengolahan kering

2. Limbah kopi untuk pakan ternak. Daging buah kopi (pulpa) dapat

dimanfaatkan sebagai pakan ternak dengan konsentrasi maksimum 20% dan

mampu menghemat hingga 30% biaya pakan ternak. Komposisi pulpa kopi

mengandung protein 75-150 g/kg, lemak 20-70 g/kg dan karbohidrat 210-320

g/kg (Rojas et al. 2003). Menurut Beltran et al. (2011), pulpa kopi yang kaya

akan pektin dan karbohidrat terlarut berpotensi sebagai sumber campuran

pakan ternak. Akan tetapi kandungan faktor antinutrisi seperti kafein,

200

polifenol dan tannin membatasi campuran pulpa kopi tidak dapat melebihi

20%. Bressani et al. (1972) menyatakan kandungan lignin, pentosa dan

heksosa yang tinggi pada kulit kopi membutuhkan penanganan khusus.

Pemanfaatan yang mungkin dan telah dikembangkan untuk kulit kopi adalah

sebagai sumber energi bagi proses pengeringan kopi.

3. Papan partikel. Kulit tanduk kering dari pengolahan kopi mengandung air

7,8%, serat kasar 77%, abu 0,5%, ekstrak nitrogen 18,9% (Elias 1979 diacu

dalam Yusianto et al. 1999). Serat kasar terdiri dari selulosa, pentosa, lignin

serta bahan berlignoselulosa yang berpeluang digunakan sebagai bahan baku

papan partikel. Pulpa kopi berserat kasar agak rendah, namun masih

memungkinkan sebagai bahan pengisi papan partikel. Bahan baku papan

partikel dapat berasal dari kulit buah proses pengolahan kering dan kulit

tanduk pengolahan basah. Papan partikel dari kulit tanduk hasil pengolahan

basah tidak mudah ditumbuhi kapang, karena sudah tidak mengandung gula

dari proses pengupasan dan pencucian. Sebaliknya papan partikel dari kulit

kopi pengolahan kering mudah ditumbuhi kapang dan memiliki kandungan

serat rendah. Dengan demikian kulit tanduk hasil pengolahan basah

menunjukkan potensi besar pembuatan papan partikel. Menurut Bekalo dan

Reinhardt (2010), kandungan selulosa dan hemiselulosa yang besar pada kulit

kopi dan kulit tanduk kopi dapat menggantikan kayu hingga 50% dalam

pembuatan papan partikel. Pembuatan papan partikel berbahan baku kulit

kopi dengan penggunaan dan jumlah resin yang sesuai bahkan sanggup

memenuhi standar Eropa (Gambar 83).

4. Biogas. Daging dan kulit buah kopi hasil proses pengupasan masih

mengandung gula yang cukup besar, sehingga potensial bagi pembentukan

biogas bersama-sama limbah cair proses pengolahan basah. Menurut Calle

(1955) diacu dalam Braham dan Bressani (1979), 30 kg pulpa kopi yang

dicampur dengan kotoran sapi mampu menghasilkan 670 liter metan setelah

72 hari. Residu proses ini juga kaya akan nitrogen dan sesuai digunakan

sebagai pupuk organik.

201

Gambar 83 Papan partikel berbahan baku liimbah padat kopi Sumber: Bekalo dan Reinhardt (2010)

5. Kompos. Menurut Calvert (1998), pulpa kopi hanya mengandung 1/5 nutrien

yang berasal dari tanah, dimana 4/5 nutrien terbawa oleh biji siap ekspor.

Meskipun demikian, daging buah kopi merupakan sumber yang baik untuk

humus dan karbon organik. Rathinavelu dan Graziosi (2005), kompos

merupakan sumber hara tanaman, bahan pembenah kesuburan fisik dan

biologi tanah. Kecepatan suatu bahan menjadi kompos terutama dipengaruhi

oleh C/N bahan. Semakin mendekati C/N tanah, maka bahan akan lebih cepat

menjadi kompos. Tanah pertanian yang baik mengandung perbandingan

unsur C dan N yang seimbang. Keseimbangan yang baik ialah C/N = 10/12

atau C : N = 10 : 12. Bahan-bahan organik yang memiliki C/N tinggi harus

dikomposkan terlebih dahulu sebelum digunakan. Menurut Baon et al.

(2005), pulpa kopi menghasilkan kompos bermutu lebih baik. Kandungan

hara kompos pulpa kopi jauh lebih tinggi dibandingkan kompos kulit kopi.

Selain itu rasio C/N pulpa kopi lebih sesuai untuk proses pengomposan (Tabel

34).

Tabel 34 Perbandingan kandungan hara pada limbah padat kopi.

Perlakuan C/N C/P N/P pH

Bahan :

Pulpa (pulp)

15,4 a

277 b

16 a

6,7 a

Kulit tanduk 67,2 a 972 a 16 a 6,6 a

Campuran 29,7 b 514 b 17 a 7,0 a Sumber: Baon et al. (2005).

Untuk menghasilkan kompos dengan nisbah C/N > 15, pulpa kopi

membutuhkan waktu 4 minggu sedangkan kulit tanduk lebih dari 8 minggu.

Erwiyono et al. (2001), kompos kulit buah kopi memberikan pengaruh

202

tertinggi pada produksi kopi Robusta dibandingkan kompos dari sumber lain

seperti belotong, kotoran sapi, kotoran kambing dan daun tanaman penaung.

6. Media Jamur. Limbah padat kopi menurut Fan dan Soccol (2005),

merupakan media yang sesuai untuk pertumbuhan jamur. Berikut

perbandingan komposisi nutrisi pada limbah padat kopi untuk pertumbuhan

jamur (Tabel 35.). Menurut Bermudez et al. (2001), efisiensi pulpa kopi

menunjukkan potensi biologi pertumbuhan jamur tiram tertinggi (168,5 –

179,4%) dibandingkan kulit kelapa (90%) dan kulit kakao (84,5%). Fan et al.

(2000) diacu dalam Fan dan Soccol (2005) efisiensi produksi jamur shitake

dapat mencapai 90%, meskipun aplikasinya di petani baru mencapai 50%.

Tabel 35 Perbandingan komposisi nutrisi kulit kopi dan pulpa kopi

Komponen Kulit Kopi Pulpa Kopi

Protein (%) 9,2 – 11,3 8,5 – 12,1

Lipid (%) 2,0 – 2,3 1,5 – 2,0

Selulosa (%) 13,2 – 27,6 15,1 – 20,3

Abu (%) 3,3 – 4,1 5,5 – 6,8

Ekstrak non-nitrogen 57,8 – 66,1 45,5 – 54,3

Tanin 4,5 – 5,4 1,6 – 2,4

Kafein 0,8 – 1,1 0,5 – 0,7 Sumber; Fan dan Soccol (2005).

7.3.7. Rekomendasi Penanganan Limbah Proses Pengolahan Kopi

Buah kopi harus melalui proses panjang untuk dikonsumsi. Proses tersebut

sering membutuhkan sejumlah besar air dan menghasilkan limbah padat dan cair.

Minimisasi air pada proses pengolahan kopi metode olah basah belum sepenuhnya

dapat memecahkan permasalahan yang timbul pada unit pengolahan kopi rakyat,

karena masih ada limbah yang dihasilkan. Limbah tersebut dapat diubah menjadi

produk bernilai ekonomis untuk menambah pendapatan petani kopi. Penerapan

teknologi yang tepat untuk mengolah limbah cair serta pemanfaatan produk

samping (by products) pengolahan kopi sangat dibutuhkan. Produk samping

adalah sesuatu yang turut dihasilkan pada saat mengolah suatu produk atau hasil

sekunder/hasil samping dari suatu proses produksi.

Mburu (2010), minimisasi air proses pengolahan dapat dilakukan dengan

mendaurulang air proses dengan beberapa batasan. Air proses sortasi rambang

dapat digunakan untuk air proses pengupasan. Air proses pengupasan tidak dapat

digunakan kembali untuk keperluan lain melainkan hanya untuk proses

203

pengupasan sebanyak 2-3 kali. Modifikasi peralatan akan membantu mengurangi

kebutuhan air, meskipun dalam penerapannya membutuhkan penilaian lanjut yang

disesuaikan dengan kondisi setempat.

Menurut Calvert (1998), keuntungan resirkulasi air proses pengupasan

untuk proses pengupasan kembali adalah mempercepat aksi bakteri mendegradasi

komponen lendir pada proses fermentasi. Apabila air bersih berlebih yang

digunakan untuk proses pengupasan, maka akan banyak gula terlarut yang dapat

tercuci sebelum proses fermentasi. Kondisi demikian akan mengurangi kerja

bakteri pembusuk yang menguntungkan dan menambah bakteri ataupun kapang

yang menghasilkan asam-asam tingkat tinggi seperti propionat dan butirat yang

dapat menyebabkan onion flavor pada biji kopi. Meskipun demikian dibutuhkan

pengawasan terhadap kondisi air proses pengupasan terutama tingkat gula dan

enzim yang terlarut. Oleh karena itu, pada saat air daur ulang yang digunakan

untuk proses pengupasan mulai mengental dan pekat, air ini harus dibuang. Lebih

lanjut Calvert (1998) menjelaskan proses fermentasi yang berfungsi mendegradasi

lendir dari daging buah kopi tidak dapat digantikan dengan proses mekanis jika

kualitas akhir biji kopi yang diinginkan.

Berdasarkan hasil penelitian terhadap kualitas limbah cair, limbah padat

serta upaya penanganannya pada proses pengolahan kopi, maka dapat diterapkan

sistem tertutup penanganan limbah (Gambar 84). Sistem tertutup penanganan

limbah merupakan bagian penerapan konsep ekoteknologi untuk meningkatkan

kualitas lingkungan terutama kualitas badan air dan tanah. Jacobi (2004),

memberikan contoh penerapan ekoteknologi pada pertanian kopi di Matagalpa,

Nicaragua untuk meningkatkan kualitas air. Pertanian kopi di Matagalpa

memanfaatkan kombinasi teknologi UASB, penggunaan bio-filter (kolam dengan

tanaman air) untuk mengolah limbah cair proses pengolahan. Adapun air setelah

penanganan (efluen) dialirkan ke areal pertanian melalui irigasi sprinkler.

Desain sistem tertutup proses pengolahan kopi dan alternatif penanganan

limbah pengolahan kopi merupakan desain integrasi pengolahan kopi dan

penanganan limbah pengolahan yang berbasis produksi bersih. Pengolahan kopi

rakyat berdasarkan prinsip minimisasi air optimum yang mampu meningkatkan

mutu biji kopi sekaligus menurunkan volume limbah cair yang dihasilkan.

204

Desain terintegrasi penanganan limbah meliputi upaya penanganan limbah cair

dan limbah padat yang bernilai ekonomis dan menerapkan konsep 3R (reduce,

reuse, and recycle).

Desain penanganan limbah cair dapat dibagi menjadi beberapa tahap,

meliputi (1) pra penanganan, (2) penanganan primer, (3) penanganan sekunder

dan (4) penanganan tersier.

1. Proses netralisasi limbah cair dalam tahap pra penanganan akan dibutuhkan

apabila limbah cair yang dihasilkan memiliki nilai pH di bawah 5,0.

2. Penanganan primer dilakukan dengan menerapkan teknologi pembangkitan

biogas. Digester anaerobik yang mampu menghasilkan biogas dapat

disesuaikan dengan kapasitas pengolahan kopi KUPK Sidomulyo. Adapun

biogas yang dihasilkan dapat dialirkan kembali ke sentra pengolahan kopi

sebagai bahan bakar proses pengeringan ataupun dimanfaatkan oleh

masyarakat sebagai alternatif pengganti kayu bakar dan LPG untuk memasak.

3. Penanganan sekunder dapat diterapkan dengan tujuan mendapatkan kembali

air hasil pengolahan limbah untuk dimanfaatkan kembali pada proses sortasi

dan pengupasan buah kopi (pulping). Alternatif tahap penanganan sekunder

meliputi; (1) proses sedimentasi, (2) proses koagulasi flokulasi, dan (3)

pembuatan pupuk cair dari air limbah keluaran (efluen) digester anaerobik.

4. Penanganan tersier meliputi beberapa alternatif yaitu; (1) filtrasi atau

penyaringan efluen proses sedimentasi, (2) filtrasi atau penyaringan efluen

proses koagulasi flokulasi, (3) penanganan lumpur atau limbah padat dari

penanganan limbah cair.

Sebagaimana penanganan limbah cair, upaya penanganan limbah padat

proses pengolahan kopi juga dilakukan berdasarkan beberapa alternatif

penanganan yang meliputi;

1. Pemanfaatan pulpa kopi dari proses pulping untuk pembuatan pakan ternak,

kompos dan media produksi jamur.

2. Pemanfaatan pulpa dan kulit tanduk kopi untuk pembuatan briket, kompos,

papan partikel ataupun bahan baku reaktor anaerobik.

3. Pemanfaatan limbah padat hasil penanganan limbah cair untuk pembuatan

kompos ataupun papan partikel.

205

7.4. Kesimpulan

Limbah cair proses pengupasan dan pencucian buah kopi kaya akan bahan

organic dan kandungan padatan terlarut. Rasio BOD/COD yang termasuk

kategori biodegradable dan proporsi kandungan padatan yang mudah menguap

(VSS) menunjukkan kesesuaian penanganan secara biologi anaerobik.

Penanganan limbah cair pengolahan kopi dengan digester anaerobik konvensional

relatif mudah untuk diterapkan selain menghasilkan biogas sebagai sumber energi.

Lumpur proses anaerobik yang dihasilkan cenderung lebih stabil sehingga

memudahkan pemanfaatannya. Kandungan makronutrien yang masih cukup

tinggi dari efluen proses anaerobik memiliki potensi untuk dimanfaatkan kembali.

Penanganan sekunder dan tersier dapat dilakukan terhadap efluen anaerobik

yang disesuaikan dengan tujuan akhir pengolahan. Proses koagulasi dan flokulasi

telah terbukti efektif untuk menurunkan warna limbah cair. Proses sedimentasi

dan filtrasi lebih sesuai untuk menurunkan padatan terendapkan pada penanganan

tersier. Upaya memanfaatkan kembali efluen penanganan limbah cair

membutuhkan kajian lanjut untuk mengetahui pengaruhnya terhadap proses

fermentasi dan mutu kopi akhir.

Penanganan limbah padat pengolahan kopi diarahkan kepada pembuatan

produk yang bernilai ekonomis dan mampu untuk dilakukan masyarakat di KUPK

Sidomulyo. Beberapa alternatif pembuatan produk ekonomis dari limbah padat

pengolahan kopi adalah pembuatan briket, pakan ternak, papan partikel, kompos,

bahan baku reaktor biogas dan media produksi jamur. Kajian lanjut mengenai

ketersediaan bahan baku, sumberdaya manusia dan kemampuan teknologi serta

pasar yang tersedia akan membantu keberlanjutan penanganan limbah padat

proses pengolahan kopi sebagai bagian dari sistem keberlanjutan agroindustri kopi

di KUPK Sidomulyo. Agroindustri kopi rakyat yang menerapkan prinsip

produksi bersih diterapkan melalui integrasi sistem tertutup proses pengolahan

kopi berbasis meminimalkan air, upaya penanganan limbah cair dan limbah padat

yang menerapkan konsep 3R (reduce, reuse and, recycle).

206

Gambar 84 Sistem tertutup proses pengolahan dan alternatif penanganan limbah pengolahan kopi rakyat