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 [email protected]
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.
Top Related