proposal lomba riset sawit bpdpks_universitas lampung
TRANSCRIPT
PROPOSAL
PENELITIAN DASAR
UNIVERSITAS LAMPUNG
SINTESIS DAN UJI PERFORMANSI SELULOSA DAN PATI
XHANTATE DARI LIMBAH
BATANG KELAPA SAWIT SEBAGI BIOFLOKULAN PADA
PENGOLAHAN AIR LIMBAH INDUSTRI SAWIT
TIM PENGUSUL
Dr. Eng. Dewi Agustina Iryani, S.T., M.T/ 40583
Dr. Sri Ismiyati, S.T., M.T/ 6032635
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
2022
HALAMAN PENGESAHAN
PENELITIAN DASAR UNIVERSITAS LAMPUNG
Judul : Sintesis dan Uji Performansi Selulosa dan Pati Hantate dari Limbah
Batang Kelapa Sawit Sebagi Bioflokulan pada Pengolahan Air Limbah
Industri Sawit
Manfaat saintifik/sosial : Remediasi Lingkungan terutama untuk Memperbaiki kualitas air yang
tercemar
Ketua Peneliti :
a. Nama lengkap : Dr. Eng. Dewi Agustina Iryani, S.T., M.T
b. SINTA ID : 40583
c. Jabatan fungsional : Lektor
d. Program studi : Teknik Kimia
e. Nomor HP : 081293638980
f. Alamat surel (e-mail) : [email protected]
Anggota Peneliti (1)
a. Nama lengkap : Dr. Sri Ismiyati Damayanti, S.T., M., Eng
b. SINTA ID : 6032635
c. Program studi : Teknik Kimia
d. Alamat surel (e-mail) : [email protected]
Anggota Peneliti (2)
a. Nama lengkap : Elida Purba, S.T., M.Sc., Ph.D
b. SINTA ID : 5974303
c. Program studi : Teknik Kimia
d. Alamat surel (e-mail) : [email protected]
Mahasiswa yang terlibat (1)
a. Nama lengkap : Adinda Margarisa
b. NPM : 1915041027
c. Program studi : Teknik kimia
d. Alamat Surel (email) : [email protected]
Mahasiswa yang terlibat (2)
a. Nama lengkap : Diandra Pusparini
b. NPM : 1915041033
c. Program studi : Teknik kimia
d. Alamat surel (e-mail) : [email protected]
Jumlah alumni yang terlibat : 1 Orang
Jumlah staf yang terlibat : 1 Orang
Mitra penelitian : Belum ada
Lokasi penelitian : Laboratorium Analisis dan Instrumentasi Teknik Kimia
Lama penelitian : 6 Bulan
Biaya penelitia : Rp. 25.000.000.,
Sumber dana : Dipa BLU Universitas Lampung
Bandar Lampung, 24-03-2022
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik, Ketua Peneliti,
Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc Dr. Eng. Dewi A. Iryani, S.T., M.T
NIP 197509282001121002 NIP 197208252000032001
Menyetujui,
Ketua LPPM Universitas Lampung
Dr. Ir. Lusmeilia Afriani, D.E.A
NIP 196505101993032008
DAFTAR ISI
BAB I ................................................................................................................................................... 7
PENDAHULUAN ............................................................................................................................... 7
1.1 Latar Belakang ....................................................................................................................... 7
1.2 Tujuan Khusus ....................................................................................................................... 9
1.3 Tujuan Urgensi ....................................................................................................................... 9
1.4 Manfaat Penelitian ................................................................................................................. 9
BAB II .................................................................................................................................................. 9
STUDI PUSTAKA .............................................................................................................................. 9
2.1 Kandungan Limbah Cair Industri Sawit ........................................................................... 9
2.2 Koagulan dan Flokulan serta mekanismenya .............................................................. 11
2.3 Selulosa Xantat dan Pati Xantat ....................................................................................... 12
2.4 Modifikasi Koagulan/Flokulan .......................................................................................... 14
2.5 Jar Test .................................................................................................................................. 14
BAB III ............................................................................................................................................... 16
METODE RISET .............................................................................................................................. 16
3.1 Metodologi ............................................................................................................................ 16
3.2 Analisa Kandungan Awal Air Limbah (Uji TSS dan TDS) .......................................... 16
3.3 Persiapan Bahan Baku ....................................................................................................... 16
3.4 Sintesis Biokoagulan dan Bioflokulan ........................................................................... 17
3.4.1 Pembuatan Selulosa Xanthat .................................................................................... 17
3.4.2 Xanthasi Selulosa......................................................................................................... 17
3.4.3 Pembuatan Pati Xanthat ............................................................................................. 17
3.5 Sedimentasi .......................................................................................................................... 18
3.6 Analisis Kandungan Akhir Air Limbah (Uji TSS dan TDS) ........................................ 18
BAB IV............................................................................................................................................... 20
LUARAN RISET ............................................................................................................................... 20
BAB V .................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
JADWAL KEGIATAN ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
BAB VI................................................................................................... Error! Bookmark not defined.
PENDANAAN ....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................ 21
LAMPIRAN ........................................................................................... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 1. Biodata Ketua Periset. ........................................... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 2. Biodata Anggota ..................................................... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 3. Rincian Kebutuhan Pendanaan Riset ............................................................ 22
Lampiran 4. Surat Pernyataan Ketua Peneliti/ Pelaksana .... Error! Bookmark not defined.
RINGKASAN
Pemanfaatan limbah batang sawit sebagai biokoagulan dan bioflokulan seperti
selulosa xantat atau pati xantat diharapkan mampu menjadi inovasi sekaligus solusi
yang tepat dalam pengolahan air serta limbah cair pada industri sawit karena
ketersediaannya, biodegradabilitas, dan kapasitas tinggi untuk menjerap pencemar
dari air serta tidak berbahaya bagi lingkungan. Tujuan dari pengolahan limbah cair
industri kelapa sawit dengan menggunakan bioflokulan dan biokoagulan yaitu supaya
limbah cair tersebut selanjutnya dapat digunakan kembali sebagai air baku untuk
memenuhi kebutuhan air industri kelapa sawit. Selulosa xantat dan pati xantat
merupakan bahan utama berupa polisakarida yang diperoleh dari batang kelapa sawit
yang disintesis melalui 3 tahap yaitu, yaitu isolasi, alkalisasi, dan xantasi untuk
meningkatkan kapabilitas dalam penurunan kadar TSS dan TDS yang cukup
signifikan. Penelitian ini menggunakan sampel berupa limbah cair industry sawit pada
kolam pengolahan terakhir di mana kadar COD dan BOD sudah rendah. Pada
pengujian kandungan limbah awal dan akhir menggunakan metode gravimetric untuk
mengetahui kadar TSS dan TDS. Pada limbah cair industri sawit dilakukan
berbandingan efektivitas penggunaan biokoagulan jika dibandingkan dengan
koagulan komersial (Tawas) dan juga tanpa zat koagulan.
Keyword: Batang Kelapa Sawit, Selulosa Xantat, Pati Xantat, Biokoagulan, TSS, TDS.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Industri sawit merupakan salah satu industri yang strategis, karena
sawit merupakan salah satu komoditas yang sangat dibutuhkan oleh
masyarakat baik di Indonesia maupun di seluruh dunia. Dengan demikian,
produksi dan konsumsi dari industri sawit semakin meningkat. Akan tetapi,
dengan meningkatnya produksi di industri sawit akan memberikan dampak
negatif bagi lingkungan.
Industri sawit membutuhkan air sangat banyak untuk berjalannya
industri tersebut, baik untuk air proses maupun umpan boiler. Selain
menggunakan air tanah, pemanfaatan air untuk kebutuhan industri sawit
bisa dengan mengolah air limbah industri sawit. Pengolahan air untuk
kebutuhan industri dapat dilakukan dengan pengolahan eksternal dan
internal, salah satu prosesnya adalah koagulasi dan flokulasi.
Koagulan dan flokulan yang digunakan biasa disebut tawas. Tawas
digunakan untuk air dan pengolahan air limbah, karena ketersediaannya
yang tinggi dan harganya yang murah. Namun, flokulan anorganik seperti
tawas, sensitif terhadap perubahan pH juga menghasilkan lumpur yang
cukup banyak di lingkungan dan ion logam dari lumpur tersebut masuk ke
air tanah sehingga menyebabkan masalah yang serius (Yan Choy dkk.
2014)
Gambar 1. Kolam Pengolahan Limbah Pabrik Kelapa Sawit
Tidak hanya penggunaan flokulan anorganik, dalam teknologi
pemurnian air modern, flokulan polimer semakin banyak digunakan, salah
satunya flokulan sintetis non alami. Flokulan sintetis non alami memiliki
kelemahan utama yaitu flokulan berdasarkan polimer sintetis non alami
adalah kurangnya biodegradabilitas dan karenanya beban lingkungan serta
kesulitan mendaur ulang lumpur pasca-proses dan juga kebanyakan
flokulan sintetis non alami sangat beracun bagi manusia, hewan, dan
organisme akuatik. Misalnya, monomer akrilamida, yang dapat mencemari
lingkungan meskipun dalam jumlah sedikit, memiliki efek karsinogenik
berbahaya dll. Ada kemungkinan bahwa sejumlah kecil zat sisa flokulan
setelah pengolahan air akan masuk ke lingkungan dalam bentuk halus atau
sebagai larutan encer yang bisa menimbulkan masalah. (Lapointe dan
Barbeau. 2018)
Bioflokulan sebelumnya telah digunakan dalam berbagai aplikasi
pengolahan air limbah, seperti pada air limbah industri tekstil (Buthelezi et
al., 2012), air limbah pengolahan daging (Pu et al., 2014), air limbah berpati
(Deng et al., 2003), air limbah pabrik kertas dan pulp (Lee et al., 2014), air
limbah peternakan babi (Guo dan Chen, 2017), dan dewatering bubur
limbah batubara (Yang dkk., 2019). Selain itu, juga dapat dengan mudah
dimodifikasi untuk meningkatkan efisiensi flokulasinya.
Menurut Teh (2014), kombinasi sifat polimer sintetis alami dan larut
dalam air memungkinkan pembuatan flokulan baru yang sangat efektif.
Contohnya kombinasi tepung beras dan tawas bisa menghilangkan TSS
dengan efisiensi 88,4%, sedangkan tepung beras tanpa kombinasi hanya
mampu menghilangkan TSS dengan efisiensi 84,1%. Namun, kombinasi ini
perlu penelitian lebih lanjut guna mengetahui dampak terhadap lingkungan.
Pada penelitian ini dilakukan modifikasi pada selulosa dan pati
menjadi selulosa xantat dan pati xantat. Beberapa penelitian telah
mempelajari tentang pemanfaatan limbah agroindustri sebagai bahan baku
pembuatan senyawa xanthat seperti, kulit jeruk (Feng dkk., 2009), eceng
gondok dan batang jagung (Zheng dan Meng, 2016), kulit apel (Basyal dkk.,
2010; Chand, 2015), serbuk gergaji (Lu dkk., 2014), dan bagas tebu
(Homagai dkk., 2011; Iryani dkk., 2017). (Iryani, dkk. 2019)
Oleh karena itu, metode flokulasi saat ini menjadi pilihan utama untuk
mengatasi masalah pemurnian sumber air maupun air limbah. Namun,
diperlukan inovasi flokulan yang lebih ramah lingkungan supaya daur ulang
lumpur hasil flokulasi pasca proses bisa dilakukan tanpa menimbulkan
masalah pencemaran lingkungan. Berdasarkan penjelasan di atas,
bioflokulan dan biokoagulan seperti selulosa xantat atau pati xantat
diharapkan mampu menjadi inovasi sekaligus solusi dalam pengolahan air
serta limbah pada industri sawit supaya lebih efektif dan efisien.
1.2 Tujuan Khusus
1. Mensintesis biokoagulan dan bioflokulan dari batang kelapa sawit.
2. Mengoptimasi biokoagulan dan bioflokulan pada pengolahan air
dalam skala lab.
3. Mengoptimalkan penggunaan bioflokulan dan biokoagulan untuk di
scale up di industri kelapa sawit.
1.3 Tujuan Urgensi
Membantu dalam pengolahan air limbah industri sawit supaya bisa
dimanfaatkan kembali menjadi air baku untuk memenuhi kebutuhan air
industri.
1.4 Manfaat Penelitian
1. Meminimalisir penggunaan flokulan dan koagulan anorganik seperti
tawas dalam pengolahan air.
2. Menemukan inovasi baru dalam pengolahan air limbah industri sawit
yang ramah lingkungan.
BAB II
STUDI PUSTAKA
2.1 Kandungan Limbah Cair Industri Sawit
Menurut Nasution (2004), limbah cair pabrik kelapa sawit adalah
salah satu jenis limbah organik berupa air, minyak dan padatan organik
yang berasal dari hasil samping proses pengolahan tandan buah segar
(TBS) kelapa sawit untuk menghasilkan crude palm oil (CPO). Limbah cair
akan dihasilkan dalam jumlah besar selama proses pengolahan kelapa
sawit menjadi CPO.
Untuk menjalankan proses produksi di industry sawit memang
diperlukan air dalam jumlah besar namun limbah cair yang dihasilkan dari
proses tersebut juga sangat besar. Menurut Abu Bakar, dkk (2018) setiap
ton tandan buah segar (TBS) menghasilkan sekitar 1,5 m3 POME, dan
setiap ton minyak sawit mentah (CPO), yang membutuhkan sekitar 5-7,5ton
air, menghasilkan sekitar 3,5 m3 POME
Limbah cair pabrik kelapa sawit berwarna kecoklatan berupa
padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid serta residu minyak dengan
kandungan COD dan BOD tinggi juga bersifat asam yang terdiri dari 95%
air, 4-5% bahan terlarut dan tersuspensi (selulosa, protein, lemak) serta 0,5-
1% residu minyak yang sebagian besar berupa emulsi. Menurut Apriyanto
(2008), proses produksi CPO pada pabrik kelapa sawit dengan kapasitas
30ton tandan buah segar per jam menghasilkan limbah cair sekitar 18
ton/jam. Jika pabrik beroperasi selama 16 jam/hari maka limbah cair yang
dihasilkan sekitar 288m3/hari.
Kandungan limbah cair industri sawit serta angka baku mutunya
dapat dilihat pada table berikut ini:
Tabel 2.1 Data baku mutu limbah di industri sawit.
Parameter
Baku Mutu Limbah Cair Bagi
Kegiatan Industri Minyak Sawit
Nilai
Karakteristik
Umum Limbah
Cair Pabrik CPO
Kadar
Maksimum
Beban
Pencemaran
Maksimum
pH 6,0-9,0 4-5
TSS 250 mg/L 0,63 kg/ton 12.000 mg/L
COD 350 mg/L 0,88 kg/ton 25.000 – 50.000
mg/L
BOD5 100 mg/L 0,25 kg/ton 20.000 – 40.000
mg/L
Minyak dan Lemak 25 mg/L 0,063 kg/ton 1.500 mg/L
Nitrogen Total (sebagai
N)
50 mg/L 0,125 kg/ton 50 mg/L
Debit Limbah Maksimum 2,5 m3 ton produk minyak sawit (CPO)
Sumber Kep-51/MENLH/10/1995
Dari data diatas dapat disimpulkan bahwa limbah cair industri sawit
masih jauh diatas angka baku mutu. Limbah dengan baku mutu jauh diatas
batas normal akan menyebabkan pencemaran lingkungan jika dibuang
tanpa melalui proses pengolahan terlebih dahulu sebab proses
peruraiannya membutuhkan oksigen terlarut yang cukup banyak. Oleh
karena itu, perlu metode khusus untuk mengolah limbah cair industri sawit
salah satunya koagulasi-flokulasi.
2.2 Koagulan dan Flokulan serta mekanismenya
Koagulasi dan flokulasi merupakan metode pengolahan limbah
paling efektif dan ekonomis untuk menghilangkan partikel padat yang
terlarut dalam air. Flokulasi dan koagulasi sering dianggap sebagai satu
proses yang sama, padahal keduanya merupakan proses yang berbeda.
Koagulasi adalah proses kimia yang melibatkan proses netralisasi muatan.
Partikel koloid bersifat stabil karena memiliki muatan yang sama yaitu
muatan negatif. Jika larutan koloid ditambahkan dengan suatu zat yang
bermuatan positif, maka muatan negatif koloid akan dinetralkan oleh
muatan positif zat lalu akan bergabung membentuk gumpalan. Sedangkan
flokulasi adalah proses penggumpalan partikel menjadi flok yang lebih
besar sehingga mudah diendapkan. (Maćczak dkk. 2020)
Koagulan adalah suatu senyawa bermuatan positif yang apabila
berinteraksi dengan muatan negatif limbah cair akan menghasilkan muatan
netral. Meskipun koagulan kimia seperti tawas memiliki beberapa
keunggulan namun penggunaannya dapat mencemari lingkungan. Selain
berdampak buruk pada lingkungan, ternyata penggunaan koagulan kimia
juga berdampak buruk terhadap kesehatan. Pada tahun 1960 diterbitkan
efek merugikan dari koagulan kimia terhadap kesehatan manusia oleh
Simate dkk (2012). Aluminium sisa dalam air yang diolah tawas telah
menjadi pusat perdebatan karena terkait dengan masalah kesehatan yang
serius seperti perkembangan penyakit Alzheimer (AD) (McLachlan, 1995;
Meratakan, 2001; Gauthier dkk., 2000; Walton, 2013; Rondeau dkk., 2000)
dan pikun (Rondeau dkk., 2001).
Untuk mengatasi permasalahan tersebut selanjutnya digunakan
koagulan alami nabati yang lebih aman (Asrafuzzaman dkk., 2011), ramah
lingkungan dan umumnya bebas racun (Bratby, 2006; Swati dan Govindan,
2005). Selain itu, volume lumpur yang dihasilkan oleh koagulan alami lebih
sedikit dibanding koagulan kimia yaitu lima kali lebih rendah
(Ndabigengesere et al., 1995) serta memiliki nutrisi yang lebih tinggi.
Antov, dkk (2012) dan Riaño, dkk (2012) telah melakukan penelitian
untuk menggantikan/mengurangi penggunaan koagulan kimia (anorganik)
menjadi koagulan/flokulan yang dapat terurai secara alami dan ramah
lingkungan misalnya, ekstrak biji dari kacang biasa (Antov dkk., 2012), sawi
(Bodlund et al., 2014), dan plantago bulat telur (Ramavandi dan Farjadfard,
2014). (Teh, dkk. 2014)
Pengembangan flokulan sintesis organik juga harus mempertimbangkan
biaya dalam menghasilkan material flokulan yang komersil disamping
ketersediaannya yang melimpah di alam. Saat ini, biaya produksi
bioflokulan yang lebih tinggi telah membatasi penerapannya untuk
pengolahan air dan air limbah (Hasimi, dkk. 2020).
2.3 Selulosa Xantat dan Pati Xantat
Pada kelapa sawit terkandung sekitar 96% amilosa pati. Sedangkan
pada batang sawit mengandung lignin dengan presentase tinggi yaitu sel
parenkim dari jaringan vascular kasar. (Ridwansyah, dkk. 2010).
Karena sifatnya yang mudah terurai secara alami dan
kemampuannya dalam menyerap polutan yang ada dalam air cukup baik,
biopolimer khususnya polisakarida mendapat banyak perhatian. Flokulan
dari biopolimer dapat dimodifikasi dengan tujuan untuk meningkatkan dan
mengoptimalkan proses flokulasi, misalnya modifikasi pati dengan
penambahan tawas dalam jumlah yang lebih sedikit. Flokulan dari
biopolimer efektif pada dosis tinggi. Modifikasi bahan alami dan polimer
sintetik yang larut dalam air menghasilkan flokulan yang lebih efektif,
contohnya yaitu penggunaan pati, kitosan, atau selulosa dan turunannya
dengan akrilamida dalam pengolahan air dan limbah cair.
Kristanilitas dan stabilitas termal yang dimiliki selulosa xantat tinggi
(Puspitasari, 2007). Menurut Mufidah, (2021), Pembuatan selulosa xantat
yaitu dengan cara mereaksikan alkali selulosa dengan karbon disulfida
(CS2) yang dilarutkan menggunakan NaOH. Pembuatan selulosa xantat
lebih sederhana, karena tanpa diisolasi dari campuran terlebih dahulu
(Gericke, dkk., 2013). Reaksi antara selulosa alami dan karbon disulfida
(CS2) menggunakan larutan NaOH menghasilkan selulosa xantat
(Swatloski, dkk., 2002). Terjadi perubahan warna alkali selulosa dari yang
berwarna putih menjadi jingga karena terbentuknya disodium tritiokarbonat
(Na2CS3) (Lee dan Mooney, 2012). Berdasarkan penelitian yang telah
dilakukan oleh (Azizah, dkk., 2018) konsentrasi pelarut terbaik adalah
NaOH 6% dengan nilai viskositas 0,024 Pa.s yang diekstraksi dari batang
jagung. (Mufidah, 2021)
Mekanisme reaksi pembentukan selulosa xantat yaitu dengan cara
melarutkan selulosa dalam NaOH membentuk alkali selulosa, lalu gugus
alkali selulosa [C6H9O4-Na]n direaksikan dengan NaOH dan karbon
disulfida (CS2) dan dihasilkan selulosa xantat dalam bentuk viskosa yang
ditandai dengan berubahnya warna alkali selulosa menjadi jingga yang
awalnya berwarna putih, karena terbentuknya disodium tritiokarbonat
(Na2CS2) (Rodgers dan Waddel. 2013).
Mekanisme reaksi pembuatan selulosa xantat (Wang dkk., 2013)
(Mufidah, 2021)
Pati xanthat juga berpotensi sebagai koagulan alami. Dalam
beberapa penelitian, pati xanthat dimanfaatkan sebagai koagulan untuk
menggumpalkan logam berat dalam air. Informasi tentang logam yang
penting bagi lingkungan, seperti Hg(II)dan Ni(II) masih sangat sedikit,
meskipun interaksi Cu-xanthate dan Cd-xanthate di lingkungan berair telah
dipelajari secara rinci (Chaudhari dan Tare, 1998). Soluble starch xanthate
(SSX) memiliki keterbatasan utama yaitu pemisahan kompleks endapan
xantat logam-pati dari fase air. melalui penambahan polielektrolit kationik
diikuti dengan pengendapan sederhana atau melalui sentrifugasi
berkecepatan tinggi, hal Ini telah tercapai baik. Pati xanthat (SSX) mampu
menggumpalkan logam seperti kadmium, nikel, Cu (II), dan Hg (II)
(Chaudhari dan Tare, 1998)
2.4 Modifikasi Koagulan/Flokulan
Terdapat tiga faktor yang mempengaruhi keberhasilan proses
koagulasi yaitu: jenis koagulan, pengadukan, dan dosis yang digunakan.
Jenis koagulan yang sering digunakan untuk pengolahan air limbah antara
lain: alumuniun sulphate [Al2(SO4)3.18H2O], feri sulphate
[Fe2(SO4)3.9H2O], fero sulphat (Fe SO4), feri klorida (Fe Cl3), dan
polialuminium klorid (Risdianto, 2007 dan Kristijartidkk.,2013). Zeenat et al.
(2013) melaporkan bahwa dosis optimum yang paling efektif untuk
pengolahan air limbah dengan flokulan karboksi metil selulosa (CMC)
adalah 70 mg/L pada kondisi pH 7.
Dalam beberapa penelitian, telah dilakukan inovasi-inovasi untuk
mengembangkan bioflokulan salah satunya pati. Penggunaan tepung beras
saja pada suhu kamar memungkinkan penghilangan TSS hingga 84,1%
menggunakan nilai dosis yang dianjurkan, pH awal, waktu pengendapan
dan kecepatan pengadukan lambat masing-masing pada 2 g/L, pH 3, 5
menit dan 10 rpm. Penghilangan TSS yang lebih tinggi sebesar 88,4%
masih dapat dicapai pada dosis pati beras yang lebih rendah (0,55 g/L)
hanya jika pati beras digunakan bersama dengan 0,2 g/L tawas selama
perlakuan POME. (Teh, dkk. 2014)
Pati yang dimodifikasi memang memberikan efisiensi koagulasi yang
lebih baik, namun zat yang dipakai utk modifikasi pati biasanya adalah zat
zat kimia seperti formaldehid dan soda kaustik yg sangat korosif. Jika pati
tanpa modifikasi sudah memberikan efisiensi yang cukup baik maka
modifikasi tidaklah diperlukan dengan pertimbangan mengurangi
penggunaan zat anorganik berbahaya. (Teh, dkk. 2014). Namun, perlu
dipertimbangkan juga bahwa modifikasi tersebut bisa digunakan sebagai
alternatif untuk meminimalisir penggunaan tawas dalam pengolahan air.
Dosis pati yang lebih tinggi akan meningkatkan penghilangan TSS di
POME sebab peningkatan dosis pati akan memberikan lebih banyak
polimer yang selanjutnya dikontakkan dengan partikel koloid air limbah
guna meningkatkan pembentukan flok. Namun, penambahan dosis yang
lebih dari batas optimum akan menstabilkan partikel karena kejenuhan
permukaan oleh kelebihan jumlah polimer yang diserap sehingga
menghasilkan peningkatan penyisihan TSS yang tidak signifikan (Sharma
dkk).
2.5 Jar Test
Salah satu alat uji dalam proses koagulasi-flokulasi adalah Jar Test.
Jar Test dilakukan untuk mengetahui pengaruh parameter eksperimen yang
berbeda seperti dosis, pH awal, waktu pengendapan, kecepatan
pengadukan lambat dan suhu terutama pada penyisihan TSS dari POME.
Pengadukan sangat penting dalam proses koagulasi dan flokulasi.
Pengadukan tersebut dapat dibedakan menjadi dua yaitu pengadukan
cepat dan pengadukan lambat. Pengadukan cepat berfungsi untuk
mengontakkan koagulan dengan partikel tersuspensi dan pembentukan
mikroflok sedangkan pengadukan lambat berfungsi untuk mendorong
agregasi mikroflok dan pembentukan gumpalan besar (BinAhmed, S.
2015). Kecepatan pengadukan yang terlalu rendah dalam waktu yang
sangat singkat dapat menurunkan laju pembentukan flok, sedangkan
kecepatan pengadukan yang terlalu cepat dalam waktu yang sangat lama
dapat menyebabkan kerusakan flok juga menyebabkan efisiensi
pengendapan yang rendah. (BinAhmed, S. 2015)
Jar test digunakan pada proses koagulasi yaitu dilakukan
pengadukan cepat dalam waktu yang relative singkat guna menguraikan
partikel menjadi ion positif dan negative. Selanjutnya air limbah yang sudah
tercampur dengan koagulan secara merata diaduk dengan kecepatan
sedang dan dalam waktu yang cukup lama guna membentuk flok-flok besar.
Flok yang sudah terbentuk lalu dibiarkan mengendap sehingga dapat
dipisahkan dan dihasilkan air limbah yang lebih jernih.
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Metodologi
Penelitian ini dilaksanakan dengan menggunakan batang kelapa
sawit, NaOH 18% (Merck), Karbon Disulfida (CS2) 16,67 M (Merck), HNO3
70% (Merck), BaCl2 (Merck), serbuk bubuk logam (Pb2+ dan Zn2+).
Instrumen analisis yang digunakan diantaranya adalah: viscometer
(NORMALAB), refractometer (ATAGO PR 101-ꓷ), SEM (Zeiss Evo MA10),
BET, dan FTIR 8201PC Shimadzu. (Iryani, dkk. 2019)
3.2 Analisa Kandungan Awal Air Limbah (Uji TSS dan TDS)
Sampel yang digunakan dalam penelitian ini yaitu limbah cair pabrik
kelapa sawit Pabrik Kelapa Sawit PTPN VII Unit Bekri. Pengukuran
kandungan padatan (TDS dan TSS) dalam limbah sebelum aplikasi
koagulasi-flokulasi dilakukan dengan menggunakan metode gravimetric
(APHA, AWWA, and WEF 2005). Nilai TSS dan TDS dihitung berdasarkan
rumus berikut:
TSS (𝒎𝒈
𝑳) =
(𝒄−𝒂−𝒃)
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒔𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆 𝒍𝒊𝒎𝒃𝒂𝒉 (𝒎𝑳) 𝒙 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝑳/𝑳
TDS (𝒎𝒈
𝑳) =
(𝒅−𝒂)
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒔𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆 𝒍𝒊𝒎𝒃𝒂𝒉 (𝒎𝑳) 𝒙 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝑳/𝑳
dimana:
a = berat cawan porselin awal (mg)
b = berat kertas saring awal (mg)
c = berat residu, kertas saring dan porselen setelah pemanasan 105 ºC (mg)
d = berat filtrat dan porselen setelah pemanasan 105 ºC (mg)
(Wahyuni, dkk. 2017)
3.3 Persiapan Bahan Baku
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian ini adalah bagian
dalam (limbah padat) batang kelapa sawit yang sudah di potong-potong.
Sebelum digunakan, limbah padat batang kelapa sawit dicuci hingga bersih.
Pada saat proses pencucian dilakukan pemisahan antara serat batang
kelapa sawit dan patinya. Kemudian serat dan pati yang diperoleh
dikeringkan dengan oven suhu 105°C, lalu dihaluskan kemudian diayak
hingga berukuran 30-40 mesh. (Hendra, dkk. 2021)
3.4 Sintesis Biokoagulan dan Bioflokulan
3.4.1 Pembuatan Selulosa Xanthat
Pembuatan selulosa xanthat dilakukan melalui beberapa tahap.
Tahap pertama yaitu isolasi selulosa dari batang kelapa sawit. Langkah
awal yaitu, sebanyak 150 g batang kelapa sawit dicuci dan dikeringkan di
dalam oven pada suhu 105°C, sampai beratnya konstan. Selanjutnya,
rendam batang kelapa sawit tersebut dalam larutan NaOH 0,25 M selama
18 jam pada suhu ruang. Setelah proses perendaman selesai, saring
batang kelapa sawit sambil dicuci, lalu direfluk dengan menggunakan
larutan Etanol (20% v/v) selama 3 jam. Bilas dengan aquadest produk
padatan hasil refluk dan dikeringkan pada suhu 105°C dalam oven sampai
beratnya konstan (Cerqueira dkk., 2007). Proses selanjutnya adalah
alkalisasi selulosa. Alkalisasi dilakukan dengan merendam 15 g selulosa
hasil isolasi batang kelapa sawit ke dalam 100 mL larutan NaOH 18%,
selama 3 jam pada suhu ruang (Iryani, dkk. 2019).
3.4.2 Xanthasi Selulosa
Setelah tahap alkalisasi selesai, lalu tambahkan CS2, sebanyak
120% (b/b) dari berat selulosa yang digunakan (21,6 mL CS2) ke dalam
larutan alkali. Proses xanthasi dilakukan pada suhu ruang selama 180
menit, dan selama proses xanthasi tersebut dilakukan pengadukan dengan
pengaduk magnetik. Setelah tahap xanthasi selesai, pisahkan padatan dari
larutan kemudian dicuci dengan aquades untuk menghilangkan alkali
berlebih dan menetralkan pH ke 7, lalu keringkan padatan di dalam oven
dengan suhu 105°C selama 3 jam. Padatan tersebut adalah adsorben
selulosa xanthat. (Iryani, dkk. 2019)
3.4.3 Pembuatan Pati Xanthat
1. Siapkan 100 gram pati xanthat dalam 150 mL air yang mengandung
1,5gram NaCl dan 5,5 mL epiklorohidrin.
2. Tambahkan 40 mL air yang mengandung 6 gram KOH secara
perlahan selama 30 menit
3. Tambahkan 50 mL air dan 2 mL epiklorohidrin dan aduk selama 16
jam
4. Tambahkan 250 mL air yang mengandung 48 gram NaOH
5. Tambahkan 15 mL CS2 di dekat bagian bawah reaktor dan aduk
selama 2 jam pada suhu ruang
6. Cuci dengan air, 1500 mL aseton dan 150 mL eter, lalu keringkan
dalam oven
7. Disimpan dalam desikator selama 72 jam pada suhu kamar
(Tare dan Chaudhari,1987)
3.5 Sedimentasi
Metode Pengujian Koagulas-Flokulasi dengan Cara Jar Test SNI 19-6449-
2000.
Prosedur pengujian:
1) Masukkan limbah cair kelapa sawit (1 Liter) kedalam masing-masing
gelas kimia. Tempatkan gelas hingga baling-baling pengaduk berada 6,4
mm dari dinding gelas. Catat temperatur contoh uji pada saat pengujian
dimulai.
2) Tambahkan biokoagulan dan biokoagulan-bioflokulan sebanyak 1000
ppm (1000 mg/L), 1500 ppm (1500 mg/L), dan 2000 ppm (2000 mg/L).
3) Operasikan pengaduk muIti posisi pada pengadukan cepat dengan
kecepatan kira-kira 120 rpm. Tambahkan larutan atau suspensi pada setiap
penentuan dosis yang telah ditentukan sebelumnya.
4) Kurangi kecepatan sampai pada kecepatan minimal, untuk menjaga
keseragaman partikel flok yang terlarut melalui pengadukan lambat selama
20 menit.
5) Setelah pengadukan lambat selesai, angkat baling-baling dan lihat
pengendapan partikel flok.
6) Setelah 10 menit pengendapan, catat bentuk flok pada dasar gelas dan
catat temperatur limbah cair kelapa sawit. Ulangi untuk waktu pengendapan
20 menit dan 30 menit.
7) Ulangi langkah 1 sampai 6 di atas sampai semua variabel penentu
terevaluasi. Catat hasilnya dalam table.
8) Ulangi langkah 1 sampai 7 saat limbah cair kelapa sawit tidak
ditambahkan koagulan dan saat ditambahkan koagulan komersial (tawas).
Catat hasilnya dalam tabel dan bandingkan dengan hasil sedimentasi
limbah cair kelapa sawit saat ditambahkan biokoagulan-bioflokulan.
3.6 Analisis Kandungan Akhir Air Limbah (Uji TSS dan TDS)
Pengukuran kandungan padatan (TDS dan TSS) dalam limbah
setelah aplikasi koagulasi-flokulasi dilakukan dengan menggunakan
metode gravimetric (APHA, AWWA, and WEF 2005). Nilai TSS dan TDS
dihitung berdasarkan rumus berikut:
TSS (𝒎𝒈
𝑳) =
(𝒄−𝒂−𝒃)
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒔𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆 𝒍𝒊𝒎𝒃𝒂𝒉 (𝒎𝑳) 𝒙 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝑳/𝑳
TDS (𝒎𝒈
𝑳) =
(𝒅−𝒂)
𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆 𝒔𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆 𝒍𝒊𝒎𝒃𝒂𝒉 (𝒎𝑳) 𝒙 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒎𝑳/𝑳
dimana:
a = berat cawan porselin awal (mg)
b = berat kertas saring awal (mg)
c = berat residu, kertas saring dan porselen setelah pemanasan 105 ºC (mg)
d = berat filtrat dan porselen setelah pemanasan 105 ºC (mg)
(Wahyuni, dkk. 2017)
Setelah dilakukan pengukuran kandungan TSS dan TDS pada
sample sebelum dan sesudah proses koagulasi-flokulasi, maka selanjutnya
data ditampilkan dalam sebuah tabel guna membandingkan pengaruh serta
keefektifan penggunaan flokulan-koagulan.
3.7 Pembagian Tugas Penelitian Tabel Pembagian Tugas
No. Posisi Peran Tanggung Jawab
1. Ketua Penyedian Sampel, Membuat Rencana Riset, membagi tugas peneliti, membuat rancangan penelitian, membuat laporan dan publikasi
2. Anggota 2 Melaksanakan analisis data, membantu membuat laporan dan publikasi ilmiah
3 Anggota 3 Melaksanakan analisis dan mempersiapkan SOP pengggunaan alat isntrumen, mencari standar Analisa, membantu membuat laporan dan publikasi
4 Mahasiswa 1 Melaksanakan penelitian di laboratorium, melaksanakan persiapan sampel, dan pekerjaan Analisa
5 Mahasiswa 2 Melaksanakan penelitian di laboratorium, melaksanakan persiapan sampel, dan pekerjaan Analisa
.
BAB IV
RENCANA DAN ANGGARAN BIAYA DAN JADWAL PENELITIAN
4.1. Rencana Anggaran Biaya
No Jenis Pengeluaran Persentase
Pendanaan
Estimasi Biaya
1 Pengadaan alat dan
bahan penelitian
30 % Rp7.500.000,00
2 Bahan Habis Pakai 40 % Rp 10.000.000,00
3 Biaya Perjalanan 15 % Rp 3.750.000,00
4 Biaya Lain-Lain 15 % Rp 3.750.000,00
Total 100% Rp. 25.000.000
4.2. Jadwal Penelitian
No Jenis Kegiatan Bulan
1 2 3 4 5 6 7 8
1 Studi Pustaka
2 Preparasi Alat dan Bahan
3 Pengambilan Sampel Penelitian
4 Pembuatan Prototype Biokoagulan-Bioflokulan
5 Analisa Laboratorium
6 Analisa Data
7 Penyusunan Laporan
8 Presentasi Hasil
9 Publikasi
DAFTAR REFERENSI
Choy, SY, Prasad, KMN, Wu, TY, Raghunandan, ME & Ramanan, RN 2014,
‘Utilization of plant-based natural coagulants as future alternatives towards
sustainable water clarification’, J Environ Sci (China).
Hassimi, Abu, Hasan, Ezril, Hafiz, Razali, Muhamad, Mohd, Hafizuddin, Sheikh,
Abdullah & Siti, Rozaimah 2020, ‘Bioflocculant production using palm oil mill and
sago mill effluent as a fermentation feedstock: Characterization and mechanism
of flocculation’, Journal of Environmental Management.
Iryani, DA, Risthy, NM & Ginting, SB 2019, ‘Efek Temperatur Reaksi Xhanthasi
Terhadap Kinerja Adsorben Selulosa Xhanthat berbasis Bagas Tebu Untuk
Penjerapan Logam Berat’. Rekayasa Kimia dan Lingkungan.
Kurniawan, SB, Abdullah, SRS & Imron, MF 2020, ‘Challenges and opportunities
of biocoagulant/bioflocculant application for drinking water and wastewater
treatment and its potential for sludge recovery’, Int J Environ Res Public Health.
Lapointe, M & Barbeau, B 2019, ‘Substituting polyacrylamide with an activated
starch polymer during ballasted flocculation’, J Water Process Eng hal 129-134.
Maćczak, P, Kaczmarek, H & Ziegler-Borowska M 2020, ‘Recent achievements
in polymer bio-based flocculants for water treatment’, Materials (Basel).
Tare, V & Chaudhari, S 1987, ‘Evaluation of soluble and insoluble xanthate
process for the removal of heavy metals from wastewaters’, vol 21(9):1109-
1118.
The, CY, Wu TY & Juan, JC 2014, ‘Potential use of rice starch in coagulation-
flocculation process of agro-industrial wastewater: Treatment performance and
flocs characterization’, Ecol Eng vol 71:509-519.
Wahyuni S 2017, ‘Formulasi Komposisi Membran Kitosan dan Optimasi
Pengadukan dalam Penurunan Kandungan Padatan Limbah Cair Kelapa Sawit’,
vol 3(1).
Lampiran 3. Rincian Kebutuhan Pendanaan Riset
1. Peralatan Penunjang
Material Justifikasi
Pemakaian
Kuantitas Harga
Satuan
(Rp)
Jumlah
(Rp)
Analisis
FTIR
Analisis sampel 6 50.000 300.000
Analisis
SEM
Analisis sampel 6 450.000 2.700.000
Analisis BET Analisis sampel 6 550.000 3.300.000
Sarung
tangan
disposable
Perlengkapan
penelitian
4 box 65.000 260.000
Masker Perlengkapan
penelitian
2 box 35.000 70.000
Kertas Saring Perlengkapan
Penelitian
5 bungkus 50.000 250.000
Kapas Perlengkapan
penelitian
2 pack 15.000 30.000
Uji TSS Analisis
Sampel
12 kali 60.000 340.000
Uji TDS Analisis
Sampel
12 kali 40.000 250.000
SUB TOTAL (Rp) 7.500.000
2. Bahan Habis Pakai
Material Justifikasi
Pemakaian
Kuantitas Harga
Satuan
(Rp)
Jumlah
(Rp)
Batang
kelapa
sawit
Bahan baku
penelitian
1 pohon 1000.000 1000.000
NaOH 18%
(Merck)
Bahan
penelitian
500 gram 450.000 450.000
Karbon
Disulfida
(CS2) 16,67
M (Merck)
Bahan
penelitian
500 gram 450.000 450.000
HNO3 70%
(Merck)
Bahan
penelitian
1 L 700.000 700.000
BaCl2
(Merck)
Bahan
penelitian
500 gram 410.000 410.000
serbuk
bubuk
logam (Pb2+
dan Zn2+)
Bahan
penelitian
200 gram 640.000 640.000
Etanol PA Bahan
penelitian
2,5 L 2.500.000 2.500.000
Aquadest Bahan
penelitian
10 L 180.000 180.000
NaCl
(Merck)
Bahan
penelitian
500 gram 650.000 650.000
KOH PA Bahan
penelitian
200 gram 200.000 400.000
Aseton PA Bahan
penelitian
2,5 L 1.700.000 1.700.000
Eter
(Merck)
Bahan
penelitian
750 mL 600.000 600.000
Tawas Bahan
penelitian
2000 gram 20.000 20.000
Desinfektan Perlengkapan
penelitian
1500 mL 175.000 175.000
Sabun cuci
alat Perlengkapan
penelitian
1500 mL 125.000 125.000
SUB TOTAL 10.000.000
3. Perjalanan
Material Justifikasi
Pemakaian
Kuantitas Harga
Satuan
(Rp)
Jumlah
(Rp)
Perjalanan
pengambilan
sampel
limbah
Perjalanan pulang-
pergi ke pabrik
kelapa sawit PTPN
VII Unit Bekri
2 kali 500.000 1.000.000
Perjalanan
pengambilan
bahan baku
Perjalanan pulang-
pergi ke kebun
kelapa sawit
2 kali 500.000 1.000.000
Perjalanan
persiapan
bahan baku
Perjalanan
melakukan
penggilingan serta
pencucian ampas
(limbah padat)
batang kelapa sawit
4 kali 250.00 1000.000
Perjalanan
peminjaman
Perjalanan ke
universitas/Lembaga
2 kali 250.000 500.000
dan
pengembalian
alat
yang menyediakan
jasa sewa alat
Perjalanan
pembelian
bahan
Perjalanan
pembelian bahan
kimia di toko
kimia/penyedia
bahan kimia yang
diperlukan
1 kali 250.000 250.000
SUB TOTAL (Rp) 3.750.000
4. Lain-lain
Material Justifikasi
Pemakaian
Kuantitas Harga
Satuan
(Rp)
Jumlah
(Rp)
Konsumsi
Seminar
Untuk 40
orang
1 kali 15.000 600.000
Publikasi
Jurnal
1 kali 1.500.000 1.500.000
Print Print laporan
publikasi
1 kali 30.000 30.000
Fotocopy Fotocopy
laporan
publikasi
1 kali 70.000 70.000
Buku,
Jurnal
Penelitian
Cetak 10
ekslemplar
1 kali 30.000 300.000
Biaya
Perijinan
Perijinan
pengambilan
sampel dan
bahan baku
1 kali 400.000 400.000
SUB TOTAL (Rp) 3.750.000
TOTAL (Rp) 25.000.000