Bab I
1.1.
Pendahuluan
Latar Belakang
Limbah cair dari sebuah perusahaan security printing 1 yang menjadi obyek penelitian ini – selanjutnya disebut sebagai Perusahaan Security Printing X memiliki karakteristik yang sangat spesifik dan penelitian mengenai limbah cair ini masih belum banyak dilakukan 2. Beberapa parameter yang signifikan dari limbah cair ini adalah kandungan surfaktan, kobalt, ammonia bebas, fenol, sifatnya yang sangat basa (pH > 12), serta kandungan senyawa organik yang dinyatakan sebagai COD (Chemical Oxygen Demand) dan BOD (Biological Oxygen Demand).
Mengingat jumlah produk yang dihasilkan oleh Perusahaan Security Printing X dari tahun ke tahun mengalami peningkatan yang sangat mencolok - bahkan dalam kurun waktu 6 tahun yaitu dari tahun 2000 hingga tahun 2006 kenaikan yang terjadi mencapai lebih dari lima kali lipat - maka kebutuhan bahan baku yang dikonversi menjadi produk pun turut naik, dan tidak bisa dipungkiri jumlah limbah cair yang dihasilkannya pun meningkat.
Proses cetak yang dijalankan oleh Perusahaan Security Printing X memiliki kekhasan tersendiri, yang sangat jauh berbeda percetakan kertas pada umumnya. Pada proses tersebut dikenal suatu sistem untuk ’menyapu’ lapisan tinta sisa transfer dari unit penintaan ke pelat cetak. Sejauh ini dikenal dua macam sistem, yaitu yang menggunakan semacam kertas (wiping paper) dan yang menggunakan larutan (disebut sebagai wiping solution). Disamping itu, jenis tinta yang digunakan pada proses cetak memiliki karakteristik yang berbeda.
1
Security Printing merupakan bidang industri percetakan yang berhubungan dengan pencetakan beberapa item tertentu seperti uang kertas, paspor, sertifikat perbankan, materai, perangko, kartu identitas, dll. Tujuan utama industri ini adalah mencegah terjadinya pemalsuan (http://en.wikipedia.org/wiki/Security_printing, 30 Juli 2007).
2
Beberapa penelitian tersebut dijelaskan dalam sub bab 2.7.
1
Jumlah Produksi (Milyar Lembar)
6 5 4 3 2 1 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
Tahun
Gambar 1.1. Grafik produksi hasil cetak dari tahun ke tahun 3 Pada perusahaan yang menjadi obyek penelitian ini, digunakan sistem wiping solution. Pada salah satu proses cetak yang ada di perusahaan ini, dimungkinkan terbuangnya tinta yang tidak terpakai dalam jumlah yang cukup besar (>60%) dibanding tinta yang digunakan. Tinta yang tidak terpakai tersebut disapu dan larut bersama dengan wiping solution, dan larutan yang telah mengandung sisa tinta inilah yang menjadi limbah cair dari proses cetak.
Hingga saat ini, pengolahan limbah cair security printing sejenis di seluruh dunia, pada umumnya menggunakan pengolahan kimia maupun fisika. Beberapa negara menggunakan flokulasi-koagulasi, ultrafiltrasi membran, maupun DAF (dissolve air flotation). Perusahan Security Printing X inipun telah mengaplikasikan teknik koagulasi-flokulasi dalam wiping solution recovery system unit. Namun demikian kinerja proses lanjutan setelah instalasi tersebut belum cukup memuaskan, karena karakteristik efluen menunjukkan beberapa parameter memiliki konsentrasi yang melebihi baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah. Diantaranya, nilai COD mencapai 75.191 mg/l dan BOD mencapai 40.200 mg/l. Sedangkan baku mutu COD dan BOD menurut Kep-51/MENLH/10/1995 berturut-turut adalah 100 mg/l dan 50 mg/l.3 Hal tersebut dimungkinkan karena pembuangan yang tidak kontinyu setelah melalui sistem closed loop pada unit recovery larutan penyapu menyebabkan konsentrasi senyawa organik limbah cair yang dihasilkan tidak konsisten untuk setiap kali discharge. 3
Data internal Perusahaan Security Printing X, 2007
2
Proses anaerob dilaporkan dapat memecah berbagai jenis senyawa aromatis. Diketahui bahwa pemecahan nukleus benzena secara anaerob terjadi melalui dua alur yang berbeda, yaitu fotometabolisme dan fermentasi metanogenik. Benzoate, phenylacetate, phenylpropionate dan annamate dapat terdegradasi sempurna menjadi CO2 dan CH4 (Eckenfelder, 2000).
Keberadaan senyawa aromatis di
dalam limbah cair yang diolah diperkirakan terdapat pada tinta terlarut serta keberadaan fenol dalam konsentrasi yang cukup tinggi. SBR (Sequenching Batch Reactor) merupakan suatu sistem lumpur aktif fill and draw yang bersifat tidak tunak dan dioperasikan secara batch (tidak kontinyu) dimana prosesnya dilakukan dalam jangka waktu tertentu secara berurutan (sequential) pada reaktor yang sama. Pada sistem anaerob, sistem SBR dikenal dengan nama ASBR (Anaerobic Sequenching Batch Reactor). Beberapa kelebihan sistem SBR adalah karakter fasilitasnya yang ringkas, proses sederhana (tidak memerlukan penjernihan akhir dan pompa untuk Return Activated Sludge) dan dapat diterapkan dalam berbagai ukuran instalasi (besar atau kecil) (Metcalf & Eddy, 2004). Dengan sifatnya yang sekuensial akan selaras dengan sifat discharge limbah cair pada Perusahaan Security Printing X yang intermitten. Oleh karenanya pengolahan secara biologi anaerob menggunakan SBR dipilih dalam penelitian ini untuk mengolah limbah cair ini.
Proses pengolahan limbah cair yang direncanakan dijalankan dengan sistem SBR ini akan dijalankan dengan proses pertumbuhan tersuspensi (suspended-growth process) yang mana diperlukan metode pengadukan tertentu yang sesuai. Karena sampel limbah cair memiliki konsentrasi organik yang tinggi, yaitu berkisar antara 49.311,2 mg/l – 75.191,2 mg/l COD, maka digunakan sistem dengan fungsi metabolis anaerob. Penerapan proses pertumbuhan tersuspensi pada reaktor anaerob dilaporkan telah diaplikasikan untuk limbah cair dengan konsentrasi organik yang tinggi (Metcalf dan Eddy, 2004). Disamping itu tampak adanya kecenderungan untuk menggunakan proses anaerob dalam mengolah buangan industri makin meningkat akhir-akhir ini (Syafila, 1997).
3
Keuntungan proses biologis anaerob untuk pengolahan limbah cair dari Perusahaan Security Printing X yang memiliki nilai COD dan BOD yang tinggi adalah proses anaerob mampu mengolah buangan dengan beban organik yang tinggi. Limbah cair Perusahaan Security Printing X juga mengandung logam berat dari tinta terlarut. Maka dalam hal ini pula proses anaerob dipandang lebih menguntungkan karena proses ini relatif tidak sensitif terhadap senyawa-senyawa beracun. Disamping itu proses anaerob memiliki kebutuhan nutrien yang rendah (Lettinga et al., 1979, dikutip dari Syafila, 1997). Namun demikian, patut dipertimbangkan beberapa hal yang menjadi kelemahan proses anaerob, yaitu untuk memulai proses, diperlukan waktu 8 – 12 minggu dan belum banyak pengetahuan yang diperoleh mengenai proses anaerob ini (Syafila, 1997).
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan air limbah dari industri security printing tersebut di atas, dengan menggunakan sistem SBR. Bioreaktor yang digunakan adalah CBR (Circulating Bed Reactor) dimana gas N2 yang dimasukkan ke dalam sistem reaktor pada saat flushing sebelum pengoperasian diresirkulasi untuk mengaduk air limbah di dalam reaktor agar kontak antara air limbah dengan biomasa berjalan optimal. Penelitian ini diharapkan akan menjadi titik awal bagi penelitian-penelitian selanjutnya, mengingat beberapa jurnal tentang limbah cair dari perusahaan sejenis yang berhasil kami peroleh, belum ada yang mengetengahkan tentang pengolahan air limbah dengan memanfaatkan bioproses.
1.2. Maksud dan Tujuan Penelitian Maksud penelitian ini adalah untuk mengetahui keterolahan limbah cair Security Printing secara biologis anaerob non konvensional yang menggunakan sistem SBR yang dijalankan pada reaktor tipe CBR. Sedangkan tujuan penelitan ini adalah untuk dapat: -
Mempelajari pengaruh persentase penambahan kosubstrat (dalam hal ini adalah glukosa) sehingga didapatkan persentase optimal kosubtrat untuk pengolahan dengan pengoperasian SBR anaerob.
4
-
Mempelajari pengaruh waktu reaksi pada penyisihan organik, konsentrasi biomasa, penyisihan asam volatil, dan pembentukan gas dengan beban COD influen dijaga pada kisaran konsentrasi 20.000 mg/l.
-
Menentukan kinetika reaksi pada reaktor SBR, yaitu kinetika pada tahap pengisian (fill); kinetika pada tahap reaksi (react); dan kinetika pada tahap stabilisasi (idle) yang meliputi kinetika laju pemakaian substrat spesifik; kinetika laju pertumbuhan biomasa spesifik; kinetika laju kematian biomasa dan faktor hasil; dan kinetika laju penyisihan asam volatil.
1.3. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dimulai pada bulan Januari 2007 dan berakhir pada bulan Oktober 2007. Tempat pelaksanaan penelitian ini adalah di Laboratorium Penelitian Kualitas Air Departemen Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung. Limbah cair diambil dari sebuah instalasi percetakan khusus (security printing) yang berlokasi di Karawang (Perusahaan Security Printing X).
1.4. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut : (1) Data primer pendahuluan : menganalisa karakteristik awal limbah cair Perusahaan Security Printing X; (2) Percobaan pembibitan (seeding) dan aklimatisasi mikroorganisme anaerob dengan tujuan penentuan perbandingan substrat:kosubstrat, dengan variasi 0:100 ; 20:80 ; 60:40 ; 80:20; dan 100:0, dan parameter yang dianalisa adalah COD, VSS dan pH secara harian. (3) Pengoperasian reaktor SBR Anaerob dengan volume reaktor sebesar 6 (enam) liter dan dioperasikan masing-masing sebanyak 1 (satu) siklus dengan variasi waktu reaksi pada tahap reaksi 12, 36, 56 dan 125 jam pada beban COD influen + 20.000 mg/l. Tahap SBR yang lain dibuat tetap, yaitu periode pengisian selama 2 jam, periode pengendapan selama 1 jam, periode pengurasan dilakukan hingga tersisa biomasa saja dan periode stabilisasi selama 2 jam.
5
(4) Pengambilan sampel pada waktu-waktu yang telah ditentukan dengan parameter yang akan dianalisa adalah : COD; VSS (Volatile Suspended Solid); pH; TAV. Jenis mikroba dan komposisi gas dianalisa pada akhir pengoperasian SBR. Analisa kandungan fenol, surfaktan, minyak lemak dan amonia bebas dilakukan dari sampel influen dan efluen.
1.5. Sistematika Penulisan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan laporan penelitian ini adalah sebagai berikut :
Bab I Pendahuluan. Berisi latar belakang, maksud dan tujuan penelitian, waktu dan tempat penelitian, ruang lingkup penelitian dan sistematika penulisan.
Bab II Studi Literatur. Berisi dasar-dasar teori yang mendukung dan / atau menunjang penelitian yang dilakukan dengan hasil-hasil penelitian terdahulu yang menggunakan unit pengolahan biologis berupa Sequencing Batch Reactor (SBR).
Bab III Metode Penelitian. Berisi tahapan-tahapan penelitian yang dilakukan mulai dari pengambilan limbah cair, uji karakteristik limbah cair, sampai dengan parameter-parameter pada waktu pengoperasian reaktor.
Bab IV Hasil dan Pembahasan. Berisi data-data hasil penelitian di laboratorium, pengolahan data-data yang diperoleh kemudian dianalisa dan dibahas sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini.
Bab V Kesimpulan dan Saran. Berisi kesimpulan-kesimpulan yang didapat berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan beserta saran-saran yang dibuat sebagai penyempurnaan penelitian selanjutnya.
6
