teknik membran
DESCRIPTION
Teknik membran pada pengolahan limbahTRANSCRIPT
PAPER PENGOLAHAN LIMBAH CAIR
Pengolahan Limbah Cair Kelapa Sawit Dengan Teknologi Membran
Mikrofiltrasi
(Ditujukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Penanganan Limbah)
Oleh:
Nama : Anis Setiani 240110110006
Farah Nuranjani 240110110027
Dinna Arieska S 240110110049
Hari, Tanggal : Kamis, 2 Oktober 2014
JURUSAN TEKNIK DAN MANAJEMEN INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
2014
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia mempunyai potensi yang cukup besar untuk pengembangan
industri kelapa sawit. Pada saat ini perkembangan industri kelapa sawit tumbuh
cukup pesat. Perkembangan ini memiliki dampak positif dan dampak negatif bagi
masyarakat. Dampak positif yang ditimbulkan adalah meningkatnya devisa negara
dan kesejahteraan masyarakat meningkat, sedangkan dampak negatifnya adalah
menimbulkan limbah yang dapat mencemari lingkungan apabila tidak dikelola
dengan baik. Definisi limbah adalah kotoran atau buangan yang merupakan
komponen penyebab pencemaran yang terdiri dari zat atau bahan yang tidak
mempunyai kegunaan lagi bagi masyarakat.
Limbah industri kebanyakan menghasilkan limbah yang bersifat cair atau
padat yang masih kaya dengan zat organik yang mudah mengalami peruraian.
Kebanyakan industri yang membuang limbahnya ke saluran perairan terbuka,
sehingga dalam waktu yang relatif cepat akan menimbulkan bau busuk sebagai
akibat terjadinya fermentasi limbah. Sebagian pengusaha industri yang akan
membuang limbah diwajibkan mengolah terlebih dahulu untuk mencegah
pencemaran lingkungan hidup disekitarnya. Metode yang digunakan adalah
pengolahan limbah secara fisik, kimia, dan biologi atau kombinasi yang bertujuan
untuk mengurangi pencemaran. Limbah cair yang berasal dari industri sangat
bervariasi serta tergantung dari jenis dan besar kecilnya industri. Pada saat ini
umumnya industri melakukan pengolahan limbah cair secara kimia yaitu proses
koagulasi, sedimentasi dan dan flotasi dengan menggunakan udara terlarut, serta
pengolahan limbah cair secara biologi yaitu proses aerob dan proses anaerob.
Proses kimia sering kali kurang efektif dikarenakan biaya untuk pembelian bahan
kimianya cukup tinggi, serta proses pengolahan limbah secara kimia memerlukan
peralatan dan tahapan yang cukup sulit sehingga memerlukan keahlian dalam
proses untuk melakukannya.
Berdasarkan data diatas, maka untuk meminimisasi masalah tersebut salah
satu teknologi yang dapat digunakan pada pengolahan limbah cair adalah
teknologi membran.
Penurunan kualitas air dapat disebabkan oleh adanya kandungan bahan
organik dan anorganik yang berlebihan. Adanya senyawa organik dalam perairan
akan dirombak oleh bakteri dengan menggunakan oksigen terlarut.perombakan ini
akan menjadi masalah jika senyawa organik terdapat dalam jumlah yang banyak.
Pada saat ini pengolahan limbah cair industri kelapa sawit umumnya dilakukan
dengan metode kombinasi, yaitu fisika dan biologi.
Teknologi membran telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun
terakhir ini. Hal itu mungkin dipicu fakta bahwa pemisahan dengan membran
memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan
lainnya. Keunggulan tersebut yaitu pemisahan dengan membran tidak
membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat
minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya
molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran
sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-
keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan
mudah dilakukan.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk memahami tentang pengertian teknologi membran.
2. Untuk mengetahui efisiensi membran sebagai alternatif pengolahan limbah
3. Untuk memahami dan sebagai pengetahuan mengenai jenis teknologi
membran mikrofiltrasi yang diterapkan dalam pengolahan limbah kelapa
sawit.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Limbah Cair Kelapa Sawit
Limbah cair pabrik kelapa sawit (PKS) dihasilkan dari 3 tahap proses, yaitu:
a. Proses sterilisasi (pengukusan) untuk mempermudah perontokan buah dari
tandannya, mengurangi kadar air, dan untuk inaktifasi enzim lipase dan
oksidase.
b. Proses ekstraksi minyak untuk memisahkan minyak daging buah dari bagian
lainnya.
c. Proses pemurnian (klarifikasi) untuk membersihkan minyak dari kotoran
lain (Hanum, 2009).
Tahapan proses penanganan limbah cair industri kelapa sawit secara
konvensional adalah sebagai berikut.
a. Kolam pengumpul (fatfit)
Kolam ini berguna untuk menampung cairan-cairan yang masih
mengandung minyak yang berasal dari air kondensat dan stasiun klarifikasi.
b. Deoiling ponds
Kemudian dimasukkan ke unit deoiling ponds untuk dikutip minyaknya
dan diturunkan suhunya dari 70–80oC menjadi 40–45oC melalui menara
atau bak pendingin.
c. Kolam pengasaman
Pada proses ini digunakan mikroba untuk menetralisir keasaman cairan
limbah. Pengasaman bertujuan agar limbah cair yang mengandung bahan
organik lebih mudah mengalami biodegradasi dalam suasana anaerobik.
Limbah cair dalam kolam ini mengalami asidifikasi yaitu terjadi kenaikan
konsentrasi asam-asam yang mudah menguap. Waktu penahanan hidrolisis
(WPH) limbah cair dalam kolam pengasaman ini selama 5 hari. Kemudian,
sebelum diolah di unit pengolahan limbah kolam anaerobik, limbah
dinetralkan terlebih dahulu dengan menambahkan kapur tohor hingga
mencapai pH antara 7,0-7,5.
d. Kolam anaerobik primer
Proses ini memanfaatkan mikroba dalam suasana anaerobik atau aerobik
untuk merombak BOD dan biodegradasi bahan organik menjadi senyawa
asam dan gas. WPH dalam kolam ini mencapai 40 hari.
e. Kolam anaerobik sekunder
Adapun WPH limbah dalam kolam ini mencapai 20 hari. Kebutuhan lahan
untuk kolam anaerobik primer dan sekunder mencapai 7 hektar untuk PKS
dengan kapasitas 30 ton TBS/jam.
f. Kolam pengendapan
Kolam pengendapan ini bertujuan untuk mengendapkan lumpur-lumpur
yang terdapat dalam limbah cair. WPH limbah dalam kolam ini berkisar 2
hari. Biasanya ini merupakan pengolahan terakhir sebelum limbah dialirkan
ke badan air dan diharapkan pada kolam ini limbah sudah memenuhi
standar baku mutu air sungai.
Berdasarkan uraian diatas terlihat bahwa pengolahan limbah cair industri
kelapa sawit secara konvensional memiliki banyak kekurangan diantaranya
kebutuhan lahan yang sangat luas dan WPH berkisar 67 hari. Oleh sebab itu,
diperlukan alternatif lain untuk pengolahan limbah cair yaitu dengan teknologi
membran.
Pada pengolahan limbah dengan teknologi membran, diambil limbah cair
pada proses deoiling ponds. Berikut komposisi limbah awal yang digunakan
sebagai umpan.
Tabel 1. Komposisi Limbah Awal
Sumber limbah COD (mg/l) TS (mg/l) TSS (mg/l) pH
Deoiling ponds 39.177 21.960 875 4,6
(Sumber: Hanum, 2009)
Berdasarkan tabel tersebut dapat terlihat bahwa limbah pada deoiling ponds
kadar kontaminannya masih sangat tinggi, hal ini disebabkan karena limbah
deoiling ponds merupakan limbah cair yang belum diolah hanya kadar minyaknya
sudah berkisar 1% serta penurunan suhu dari 65oC menjadi 30oC. Limbah cair
industri kepala sawit termasuk kedalam heavy phase karena masih banyaknya
kandungan lumpur (cake).
2.2 Teknologi Membran
Membran ialah sebuah penghalang selektif antara dua fasa. Membran
memiliki ketebalan yang berbeda-beda, ada yang tebal dan ada juga yang tipis
serta ada yang homogen dan ada juga ada heterogen. Ditinjau dari bahannya
membran dapat dibuat dari bahan alami dan bahan sintetis. Bahan alami adalah
bahan yang berasal dari alam misalnya pulp dan kapas, sedangkan bahan sintetis
dibuat dari bahan kimia,misalnya polimer.
Membran berfungsi memisahkan material berdasarkan ukuran dan
bentuk molekul, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih
besar dari pori-pori membran dan melewatkan komponen yang mempunyai
ukuran yang lebih kecil. Larutan yang mengandung komponen yang tertahan
disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut permeat. Filtrasi dengan
menggunakan membran selain berfungsi sebagai sarana pemisahan juga berfungsi
sebagai sarana pemekatan dan pemurnian dari suatu larutan yang dilewatkan pada
membran tersebut. Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja membran antara
lain:
1. Ukuran molekul
2. Bentuk molekul
3. Bahan membran
4. Karakteristik larutan
5. Parameter operasional (tekanan, suhu, konsentrasi, pH, ion strength,
polarisasi)
Teknologi membran dalam pengolahan air dan limbah merupakan proses
pemisahan secara fisika yang memisahkan komponen yang lebih besar dari yang
lebih kecil. Berbagai jenis proses membran dikategorikan berdasarkan driving
force, jenis dan konfigurasi membran dan kemampuan penyisihannya. Proses
membran dipergunakan dalam sistem pengolahan air minum dan air buangan
seperti dalam proses desalinasi, pelunakan, penyisihan bahan organik, penyisihan
warna, partikel dan lain-lain. Proses membran dapat diklasifikasikan berdasarkan
driving force untuk menyokong proses pengolahan air. Beberapa hal yang harus
diperhatikan dalam penggunaan teknologi membrane adalah:
Tekanan
Daya listrik
Suhu
Gradien konsentrasi
Kombinasi lebih dari satu driving force
Proses membran dengan menggunakan tekanan dan tenaga listrik hanya
tersedia secara komersial dan telah umum dipergunakan untuk proses pengolahan
air minum dan buangan. Proses membran yang paling umum adalah proses yang
dijalankan dengan tekanan, dimana tekanan di dalam dan di luar membran
berbeda. Berdasarkan ukuran pori membrane, membran dapat dibagi menjadi
empat tipe:
1. Reverse osmosis (RO)
2. Nanofiltration (NF)
3. Ultrafiltration (UF)
4. Microfiltration (MF)
2.3 Struktur Membran
Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi
menjadi 3 kategori:
Gambar 1. Struktur Membran
Membran Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa
permeate hasil pemisahan.
Porous membrane. Pemisahan berdasarkan atas ukuran partikel dari zat-zat
yang akan dipisahkan. Hanya partikel dengan ukuran tertentu yang dapat
melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan. Berdasarkan
klasifikasi dari IUPAC, pori dapat dikelompokkan menjadi macropores
(>50nm), mesopores (2-50nm), dan micropores (<2nm). Porous membrane
digunakan pada microfiltration dan ultrafiltration.
Non-porous membrane. Dapat digunakan untuk memisahkan molekul
dengan ukuran yang sama, baik gas maupun cairan. Pada non-porous
membrane, tidak terdapat pori seperti halnya porous membrane.
Perpindahan molekul terjadi melalui mekanisme difusi. Jadi, molekul
terlarut di dalam membran, baru kemudian berdifusi melewati membran
tersebut.
Carrier membrane. Pada carriers membrane, perpindahan terjadi dengan
bantuan carrier molecule yang mentransportasikan komponen yang
diinginkan untuk melewati membran. Carrier molecule memiliki afinitas
yang spesifik terhadap salah satu komponen sehingga pemisahan dengan
selektifitas yang tinggi dapat dicapai.
2.4 Proses Perpindahan pada Membran
Perpindahan melalui membran dapat berlangsung apabila ada gaya dorong
(driving force) yang bekerja pada komponen yang berada di fasa1. Driving force
bisa dalam bentuk beda tekanan (∆P), beda konsentrasi (∆C), beda suhu (∆T),
ataupun beda potensial listrik (∆E). Menurut Nakao dalam Farida (2009)
menyatakan adanya gaya dorong yang menyebabkan suatu komponen berpindah
dari fasa 1 ke fasa 2. Pada fasa 1 masih banyak terdapat partikel-partikel yang
kemudian padanya diberikan gaya dorong sehingga partikel yang memiliki ukuran
molekul yang lebih kecil dari ukuran pori membran akan masuk dan melewati
pori membran, sedangkan partikel dengan ukuran molekul yang lebih besar akan
tertahan dan menempel di permukaan pori membran.
2.5 Mikrofiltrasi
Mikrofiltrasi merupakan pemisahan partikel berukuran mikron atau
submikron dengan memperhatikan ukuran partikel. Mikrofiltrasi digunakan untuk
pemisahan partikel (bakteri, jamur), tekanan osmotik dapat diabaikan, tekanan
rendah (< 2 bar), membran yang digunakan mempunyai struktur simetrik,
ketebalan lapisan pemisah 10-150 µm.
Bentuknya lazim berupa cartridge, gunanya untuk menghilangkan partikel
dari air yang berukuran 0,04 sampai 100 mikron. Asalkan kandungan padatan
total terlarut tidak melebihi 100 ppm. Filtrasi cartridge merupakan filtrasi mutlak.
Artinya partikel padat akan tertahan, terkadang cartridge yang berbentuk silinder
itu dapat dibersihkan. Cartridge tersebut diletakkan di dalam wadah tertentu
(housing). Bahan cartridge beraneka antara lain katun, wol, rayon, selulosa, fiber
glass, poly propilen, akrilik, nilon, asbes, ester-ester selulosa, polimer
hidrokarbon terfluorinasi. Jenis-jenis carrtridge dikelompokkan menjadi:
Cartridge leletan
Cartridge rajut-lekatan-terjurai
Catridge lembar berpori (kertas saring khusus, media nirpintal, membran
berkarbon)
2.6 Cara Kerja Teknologi Membran Mikrofiltrasi
Salah satu penggunaan teknologi membran yang digunakan untuk
penanganan limbah cair adalah membran mikrofiltasi keramik yang dilakukan
oleh Farida Hanum (2009). Perangkat membran mikrofiltrasi keramik terdiri dari
membran mikrofiltrasi asimetrik, tangki, pompa, pressure gauge, dan regulator
valve.
Gambar 2. Perangkat Teknologi Membran Mikrofiltrasi beserta Housing
Cara kerja teknologi membran pada penanganan limbah cair industri kelapa
sawit diawali dengan melakukan penyaringan pada limbah cair dengan
menggunakan saringan kasar (200 mesh atau 75-100 µm). Sumber limbah cair
berasal dari proses deoiling ponds. Limbah cair yang telah disaring akan
dimasukkan kedalam tangki umpan. Umpan dipompakan dengan menggunakan
pompa sentrifugal kedalam modul membran mikrofiltrasi keramik. Umpan masuk
ke sisi lumen membran dengan tekanan operasi yang cukup. Permeat akan keluar
dari permukaan luar membran sedangkan konsentrat (retentat) yang direjeksi oleh
membran dikeluarkan melalui sisi lumen bagian akhir (atas). Konsentrat (retentat)
dalam bentuk yang lebih pekat selanjutnya dikembalikan kedalam tangki umpan
untuk diproses lebih lanjut. Sirkulasi umpan dapat dilakukan berulang kali sampai
tingkat kepekatan atau kekentalan material di dalam tangki sesuai dengan yang
diharapkan. Dengan konfigurasi dan kondisi operasi yang telah ditentukan
diharapkan dapat dihasilkan produk permeat dan retentat dengan kualitas yang
memenuhi standar yang telah ditentukan.
Apabila dilakukan secara terus-menerus dalam jangka waktu yang cukup
lama, proses filtrasi ini akan mengakibatkan terjadinya deposisi partikel diatas
permukaan membran yang mengakibatkan menurunnya produktifitas membran.
Apabila terjadi, maka membran mikrofiltrasi keramik perlu dilakukan
pembersihan dengan cara back-washing. Back-washing merupakan pencucian
membran dengan metode aliran balik. Metode regenerasi membran dengan
pencucian balik menggunakan air untuk mengangkat zat pengotor (fouling) yang
terakumulasi di permukaan membran. Dengan perlakuan seperti itu, diharapkan
membran mikrofiltrasi yang digunakan untuk pengolahan limbah cair industri
kelapa sawit dapat dipertahankan kinerjanya untuk proses pengoperasian yang
relatif lama.
Berdasarkan hasil penelitian tersebut, maka didapatkan hasil perbedaan
antara limbah saat masuk (umpan) dengan permeat (hasil olahan limbah). Permeat
memiliki nilai COD, TS, dan TSS yang lebih rendah. Hal ini menunjukkan jika
pemanfaatan teknologi membran mikrofiltrasi keramik sudah berjalan baik.
Namun terjadi kenaikan pH pada permeat, hal ini dikarenakan ukuran pori-pori
membran yang lebih besar dari ion-ion sehingga pori-pori membran tidak dapat
menyaringnya. Hasil tersebut menujukkan jika hasil pengolahan limbah cair
industri kelapa sawit dapat digunakan untuk kegiatan pertanian atau perikanan
dengan catatan harus dilakukan pengolahan lanjutan agar pH mendekati netral.
Dalam perikanan sering digunakan sebagai bahan dasar produk pakan ikan.
2.7 Keunggulan dan Kelemahan Teknologi Membran
Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan
proses lain, antara lain:
a. Pemisahan dapat dilakukan secara kontinu.
b. Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah.
c. Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan
lainnya (hybrid processing).
d. Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan.
e. Mudah dalam scale up.
f. Tidak perlu adanya bahan tambahan.
g. Material membran bervariasi sehingga mudah diadaptasikan
pemakaiannya.
Selain keunggulan, teknologi membran memiliki kelemahan. Kekurangan
teknologi membran ialah fluks dan selektifitas karena pada proses membran
umumnya terjadi fenomena fluks berbanding terbalik dengan selektifitas. Semakin
tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektifitas dan sebaliknya.
Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasiskan membran adalah
mempertinggi fluks dan selektifitas.
BAB III
KESIMPULAN
Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Teknologi membran dalam pengolahan air dan limbah merupakan proses
pemisahan secara fisika yang memisahkan komponen yang lebih besar dari
yang lebih kecil.
2. Pengolahan limbah cair menggunakan teknologi membran mikrofiltrasi
diambil limbah cair pada proses deoiling ponds.
3. Hasil pengolahan limbah cair industri kelapa sawit dapat digunakan untuk
kegiatan pertanian atau perikanan dengan catatan harus dilakukan
pengolahan lanjutan agar pH mendekati netral.
DAFTAR PUSTAKA
Agustina, Siti, dkk. 2011. Penggunaan Teknologi Membran pada Pengolahan Air Limbah Industri Kelapa Sawit. http://www.academia.edu/4273904/TEKNOLOGIMEMBRAN. (Diakses pada Jumat 3 Oktober 2014 pukul 11.13 WIB).
Firdaus, Muhammad Yusuf. 2012 Teknologi Membran. Available at : http://muhammadyusuffirdaus.wordpress.com/2012/02/12/teknologi-membran/ (Diakses pada Minggu 5 Oktober 2014 pukul 15.35 WIB).
Hanum, Farida. 2009. Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi. (Diakses pada Minggu 5 Oktober 2014 pukul 16.12 WIB)