I998

Ho S'llT 25'l6 SK'DIRJENPPG/STT/I998

raI US:

ater and ifer, iifer. i.e. 1tO

a 7(1): 9-14 (2OOa\ \uvnaLN aLurInbonesi rssN1410-9379

DisaindanPenerapan Bioreaktor Anaerob untukPenanganan Limbahcair pabrikKerapa sawit Adrianto Ahmadr),Tjandra Setiadi2),l.G. Wenten2) 'tLaboratorium Rekayasa Bioproses, JurusanTeknikKimia,Fakultas Teknik,Universitas Riau,2g293 2)Laboratorium ProsesHilirKPPBioteknologi, ITB Diterima13-12-2003

;20 ller

rge nel, are ast low iec rge ast l=

tto its

ery rtis

Ito tlly led PN

ton bal ,tet 99. tgn an, PN

rap EN

ley

t& A.

Diserujui27-10-2004

ABSTRACT

It is very importantto do researchfor treatmentof palmoil wastewaterin lndonesia,mainlyin Riauprovince since estimatedproductionof palmoil and its wastewillhavea high increasein 2010.Anaerobicprocessescan be used for this purpose.Anaerobicbiomassenhancement canbe doneby usingvariousanaerobicbioreactorsi.e.anaerobic fluidizedbed,anaerobicbaffledand anaerobicmembranebioieactor.The objectiveof this paperis to describe performanceof the threetypes of anaerobicbioreactorsin handlingpalm oil wastewaterto prevent and to reduce environmental pollutionderivedfrom palmoil mill activities.Theresearchshowsthateachbioreactorhasits own rerobicbioreactorgives a betterperformancecompared I waste.This was shownby shortertreatmenttime,high lue and high methaneproduced.TheResultshows,937o n time for two-phaseanaerobicfluidizedbed,while90o/o on time for two-phaseanaerobicmembranebioreactor. rformancefor treatmentof palmoil mill wastewater.Twosign,small area requirementand easy operationwhich suggestsa big opportunityfor industrialscalewastewatertreatment.Hopefuliythis findingcan givecontributionin engineeringknowledgeespeciallyenvironmentalbiotechnologyand is usefulior pollution-prevention in Indonesia. Keywords:anaerobic, palmoil mill,wastewater. bioreactor,

PENDAHULUAN beberapa tahapprosesyakniproseshidrolisis, proses Indonesia dalammenghadapi Tahun2010akan a s i d o g e n e s i sp,r o s e sa s e t o g e n e s idsa n p r o s e s memproyeksikan produksiminyaksawitkasar(crude metanogenesis. Secaraumumkeempat tahapproses palmoil,cpo)sebesar12,3jutaton.Setiaptonminyak ini dapatdilakukan denganbioreaktor anaerobfasa sawityangdihasilkan akanmengeluarkan limbahcair tunggalmaupunduafasa. sebanyak2,5 m3berartiuntukmencapaiproduksi Mengingat prosesbiodegradasi sangatsensitifnya minyaksawitsebesar12,3julatonmenghasilkan 30,7 anaerobmaka upayayang dilakukanantaralain juta m3limbahcair.Dataini menunjukkan betapa menentukan kondisioptimumbioreaktor anaerob beratnya bebanyangditanggung olehlingkungan akibat sehinggaterjadikeseimbangan antarakebutuhan pencemaran oleh limbahcair pabrikkelapasawit. substratdenganpemanfaatan substratdi dalamsistim. Pencemaran ini dikategorikan sebagaipencemar Kondisioptimumbioreaktor sangatdipengaruhi oleh lingkungan yangdahsyatkarenakarakteristik limbah waktutinggalbiomassa, karenasemakinlamawaktu cairtersebutmengandung COD yangsangattinggi tinggalbiomassaakansemakinlamakontakbakteri berkisar47.16549.765mg/ldan kandungan BOD' anaerobdengansubstratnya. yangcukuptinggiberkisardari24.893-2V.421 mg/|. Peningkatanwaktu tinggalbiomassadapat Sementara itu bakumutuyangdiperbolehkan untuk dilakukan denganmerancang yang suatubioreaktor hargaCODsenilai350 mg/Ldan BOD.sebesar100 mampumenahanbiomassadan dapatmencegah nng/|. Olehkarenaitu,limbahcairpabrikkelapasawit terjadinyakehilanganbiomassa(wash-out)akibat orperlupenanganan terlebih dahulusebelum dibuang terbawa yangmemenuhi aliran.Disainbioreaktor adalah te badanairatauperairan (Ahmad2OOO). bioreaktorunggunfluidisasianaerob,bioreaktor Penanganan limbahcair pabrikkelapasawit berpenyekat anaerob danbioreaktor membran anaerob, -:rersebut dilakukan denganprosesanaerob(Ngef a{ karenabioreaktor ini mempunyai rasiowaktutinggal 'S5). Proses anaerob merupakan prosesbiodegradasi biomassa denganwaktutinggalcairanjauhlebihbesar $€.{:.Jawa organiksecarabiologidalamkondisitanpa dibandingkan dengansistimbioreaktor tercampur fierradiran oksigen.Prosesanaerobmelibatkan sempurna(CSTR,continouosstirred tank reaktql

1o

(2004) Tnlonesiazl't1:9-14 Tutna[Natur

eta[ nfiwad,

(Lemaet al, 1991).Makalahini bertujuanuntuk kineriaketigajenisbioreaktoranaerob memaparkan limbahcairpabrikkelapa tersebutdalammenangani yangdisebabkan lingkungan sawitagarpencemaran olehaktivitaspabrikkelapasawitdapatdicegahdan dikurangi. BAHAN DAN METODA Rancangin BloreaktorUnggun Fluidisasi Anaerob.Rancanganbioreaktorunggunfluidisasi a n a e r o by a n g d i g u n a k a nd a l a m p e n e l i t i a ni n i padaGambar1. Bioreaktor mempunyai ditampilkan volumekerja25 | yangterdiridari kolombioreaktor, pemisahgas-cair,pengumpulgas, umpan,pompa paristaltik,waterbathdan tangkiumpansertatangki efluen.

Ksterangan: 1. Bioroaktor Unggun 2. Disltibutor 3 4. Watorbalh Pompa Rosirkulasi 5. PemisahGs-Cairan 6 7. PonampungGes Tangki Umpan 8. Pompa Patistaltik 9. 10. Efluon 'l 1 DistributorGas Na

Anaerob(BUFAN) ungguntluidisasi Gambar1. Set-upBioreaktor

Bioreaktordiisi denganpasir kuarsadengan diameterrata-rata 0,5mmsebagaipartikelpembawa. Distributorterdiri dari pelor stainlesssfee, yang cairanyang agarpendistribusian berukuran bervariasi berbentuk mengarah keatasseragam.Kolomdistributor kerucutagarpolaaliranseragam. RancanganBioreaktorBerpenyekatAnaerob. Rancanganbioreaktorberpenyekatanaerobyang digunakandalam penelitianini ditampilkanpada volumekeria10 | Gambar2. Bioreahormempunyai yang terdiridari empat ruangsekat denganvolum sebesar2,5 l. Ruangaliranarah ke masing-masing bawahdirancangsepertigadari ruangaliranke atas padasetiapruangsekat. dipasangsecaravertikal Penyekat-penyekat memaksaagar aliranlimbahcair yang masukdari

Anaerob(BIOPAN) Gambar2. Set-upBiseahor Berpenyekat

sesuaidenganbentukpolaaliran bagianatasmengalir aliranlimbah Perjalanan didalamruangberpenyekat. cairtersebutkembalimemaksamelewatibagianatas penyekatdan begituseterusnyasehinggamengalir keluardari bioreaktor.Bakterianaerobdi dalam bioreaktorcenderungterangkatdan terendapkan kembaliakibatterbentukbiogasselamaproses secaraanaerob.Baherianaerobtersebut biodegradasi akan bergeraksecaraperlahanke arah horizontal sehinggaterjadikontakantarabiomassaaktifdengan limbahcairyangmasukdalamjumlahbesardanaliran keluarrelatifbebasdaripadatanbiomassa. RancanganBioreaktorMembranAnaerob. Peralatanutamapenelitianini terdiridari digester yangn€mpunyaivolume20 | danmembran. bioreaktor Membranholtow fiber ienis outside-interbuat dari 20 fiber polipropilen mempunyai polipropilen. Membran 1,5mm. 30 cmdandiameter denganukuran:panjang totalmembran Ukuranpori0,2pm.Luaspermukaan 0,025nf. alatlaindiantaranya beberapa Selainitudigunakan katubtigaarah pompasentrifugal, pompaperistaltik, (fimef. Rangkaian (threewayvalve) danpengaturwaktu alatsecaralengkaptersajipadaGambar3' r e l a l u ip o m p a U m p a nm a s u kb i o r e a k t o m umpan, peristaltik. Untukmencegahpengendapan t a n g k i u m p a n d i l e n g k a p pi e n g a d u km a g n e t i k . anaerobyangberupa cairandaribioreaktor Selanjutnya, campuranlumpurbiomassaataulimbahcair pabrik kelapasawit dialirkanmenujuunit pemisahyaitu membranmikrofiltrasimelaluipompasentrifugal. Tekanandi membranterbacapada alat pengukur tekanansebelumdansesudahmembranmikrofiltrasi. Cairanakan melewatimembrandenganpola aliran cross-flowyaitu cairan merembesmelewatipori membransedangkanpadatanbiomassatertahan

etaI

ran )ah Ltas

Disainbarytenerapanbioveafttot anaerob

d[permukaan membran HASIL DAN PEMBAHASAN danakanterbawaalirankembali kedalambioreaktor anaerob.Cairanyangmenembus Hasilpengamatan kinerjabioreaktor anaerobdalam porimembrandisebutpermeat danpadatanbiomassa manangani limbahcairpabrikkelapasawitditampilkan yang tertahandan selanjutnyaterbawaaliran ke denganmengkajipembebanan organik,waktutinggal bioreaktordisebutretentat.Untukmempertahankan cairan,efisiensipenyisihan COD dan waktutinggal fiuks membrandigunakanteknikbackftushing. yang dibawahini. Gas biomassa, diuraikan nitrogendigunakanuntuk backftushing dengan Kinerja BioreaktorAnaerob.Studikomperatif mengaturwaktututupdan bukapada alatthreeway kinerjabioreaktor ditinjaudenganmembandingkan valve.Padasaat katupuntukaliran permeatteftulup berbagaikinerjasistembioreaktoranaerobdalam makaalirangas nitrogenakan mendorongcairan mengolah limbahcairpabrikkelapasawit.Pebandingan permeatsisa ke dalam sisi membran,tekanan kinerjabioreaktor padaTabel1. tersebutditampilkan McUlushingterbaca padaalatpengukurtekananpada Kondisioperasioptimumbioreaktorunggun tabung. fluidisasianaerob fasatunggaldalam mengolah limbah

Elir am (an

ies but ttal rgxEnan

Bn an

katuo eamOel

)b. ter m. ari ET

m. an

sol€noid 3 arah NO

J[|n;'::,

Ya rh m

pgngukur lekanan

)a n, k.

p9menaS a pompa s i r l ul a B l

EI p o mp a a r r € loktrik

ik IU il. tl t.

n n n

11

hr

3 Kortrgurasi prosesbioreaktor kombinasi membrananaerob

12

(2004) lurnalNatur lndonesiaT(1)t9-14

etr1vnad, etaI

cairpabrikkelapasawitadalahwaktutinggalcairan Tabel 1. Perlrandingan berbagai kinerja bioreaktor anaerob' dalam menanganilimbahcair pabrikkelapasawit : 168jamdehganefisiensi penyisihan CODsebesar83% Je dan nisbahTAV/Alkalinitas 0,3, sedangkankondisi TAV/ Penyisihan organik Akalioperasioptimumbioreaktor unggunfluidisasianaerob (Y" ) (hari) nitas fiam) dua fasadalammengolah limbahcairpabrikkelapa BUFAN 168 83 sawitadalahwaktutinggalcairan 48jampadabioreahor FasaTunggal _ 133 BIOPAN 40 88 fasaasidogenesis dan72 jam padabioreaktor fasa FasaTurggal metanogenesis denganefisiensipenyisihan COD BMA 288 94 0,19 50 sebesar94a/"dan nisbahTAV/Alkalinitas 0,03. FasaTunggal 94 0,03 Sementaraitu, kondisioperasioptimumbioreaktor BUFANDuaFasa - asidogenesis 48 berpenyekat anaerobfasatunggaldalammengolah - metanogenesis 72 limbahcairpabrikkelapasawitadalahwaktutinggal BMADuaFasa 90 0,14 asidogenesis 24 cairan40 jam padawaktutinggalpadatan133 hari - metanogenesis 48 penyisihan denganefisiensi CODsebesar88/". BUFAN = bitxeaktor unggunfluidisasianaerob, Disampingitu,kondisioperasioptimumbioreaktor BMA = bioreaktormembrananaerob, = membran anaerob fasatunggal dalammengolah limbah BIOPAN bioreaktorberpenyekatanaerob, WTC = waktu tirBgal cairan,WTB = waktu tinggal biomassa cairpabrikkelapasawitadalahwaktutinggalcairan 288jam padawaktutinggalpadatan50 haridengan efisiensipenyisihan CODsebesar 94"/"dannisbahTAV/ pengdahan yangsangatlamayaitu 15-20hari.Halyang Alkalinitas 0,19, sedangkan kondisioperasioptimum samajuga diperolehpadahigh-rateanaerobicpond bioreaktor membrananaerobduafasadalammengolah y a i t u p e n y i s i h a ns e b e s a r9 5 % s e l a m aw a k t u limbahcair pabrikkelapasawitadalahwaktutinggal pengolahan 15hari,sedangkan bioreaktor berpenyekat cairan24 jampadabioreaktor fasaasidogenesis dan anaerobpadapenelitian inimampumenyisihkan COD 48 jam padabioreaktorfasametanogenesis dengan sebesar88%selamawaktutinggalcairan40 jam(1,7 waktutinggalpadatan 55hari.Efisiensipenyisihan COD hari). diperoleh sebesar 90%dannisbahTAV/Alkalinitas 0,14. Dari Tabel2 terlihatbahwakinerjabioreaktor Hasilpenelitianmenunjukkan bahwasistem u n g g u nf l u i d i s a s ai n a e r o bd u a f a s a m e m i l i k i bioreaktor anaerobduafasamempunyai keunggulan kemampuan yanglebihtinggidibandingkan dengan untukmengolah limbahcairpabrikkelapasawitkarena digesterduafasa(Ngef a1 1985).Digester duafasa mampumenyisihkan kandungan CODsebesar90o/" hanyamampumenyisihkan CODsebesar53%pada hingga94o/odengankondisistabilyang ditunjukkan waktutinggalcairan padatahap metanogenesis, 10hari denganparameterrasioTAV/AIkalinitas sebesar0,03 sedangkan bioreaktor unggunfluidisasi anaerobdua hingga0,14dalamwaktupengolahan yang relatif fasamampumenyisihkan CODsebesar94"/"selama pendeksehinggapemanfaatan lahanlebihefisien. waktutinggalcairan membran 5 hari, danbioreaktor M e n u r u tS a h m ( 1 9 8 4 ) ,s i s t i my a n g m e m p u n y a i anaerobduafasamampumenyisihkan CODsebesar kestabilantinggi harusmempunyainisbahTAV/ 90%selamawaktutinggal3'hari. Waktupengolahan Alkalinitas kecildari0,1. yangcukupsingkatmembutuhkan ukuranbioreaktor Tinjauan PerbandinganKinerja Bioreaktor yang relatifkecildengansendirinyapenghematan Anaerob.Perbandingan kinerjabioreaktor anaerob secaraekonomi.Hasilpenelitianini menunjukkan denganbioreaktor lainnya padaTabel2. ditampilkan bahwasistembioreaktoranaerobdua fasa dalam Dari Tabel2 terlihatbahwakinerjabioreaktor mengolahlimbahcairrelatiflebihbaikdibandingkan anaerobpadapenelitian inimemilikikemampuan yang dengansistembioreaktor yangadadi literaturkarena lebihtinggidibandingkan dengansistemanaerobic mampumencegahkehilanganbiomassa,waktu ponddanhigh-rateanaerobic pond(Thanh1980).Pada pengolahan pengolahan relatif lebihsingkat,kapasitas pondmeskipun sistemanaerobic penyisihan CODlebih tinggi,efisiensi penyisihan CODyangcukuptinggi. tinggidari penelitian ini, namunmemerlukan waktu

AT b l

)

rg td

u rt D 7 ,r ri n a a )r

a I I I I I I I I I I I

r

eaktotanaercb Disainbanpenerapan biov Tabel 2. Perbandingan Kinerja Bioreaktor Anaerob BioreaktorLain Jenis Lim-bah Beban Efisiensi BioOrganik Penyireaktor sihan (kgCOD/ organik m3-hari) (L\ (hari) AP Minyak 1,2195 15-20 sawit 2,87 HRAP Minyak 4,3695 15 sawit 5,18 DTP Minyak 2,9 10 53 sawit DDU Minyak 4,5 81 10 sawit DTDU Minyak 3,2 60 14 sawit BUFAN Minyak 4,6 83 7 Fasa sawit Tunggal BIOPAN Minyak 6,4 88 1,7 Fasa sawit Tunggal BMA Minyak 3,1 94 12 Fasa sawit Tunggal BUFAN Minyak 26,6 93 5 Dua sawit Fasa BMA Minyak 19 90 3 Dua sawit Fasa l-lRAP = High-rateanaerobicpond, DTP = 6;gsslgvtwo-phase,DDU= digesterdaur ulang, DTDU=digestertanpadaur ulang, zuFAN = bioreaktorunggunfluidisasianaerob, BIOPAN = bioreaktorberpenyekatanaerob, BllA = bioreaktormembran anaerob, d/TC = waktu tinggalcairan.

Dengan

Thanh 1980 Thanh 1980 Ng dkk 1985 Chin, 1981 Chin, 1981 Penelitian ini Penelitian ini Penelitian ini Penelitian ini Penelitian ini

13

anaerobduafasa 4. Bioreaktor unggunfluidisasi limbahcairpabrikkelapa mampumenangani sawitpadawaktutinggalcairan2 hari pada dan 3 hari pada bioreaktorasidogenesis b i o r e a k t ofra s a m e t a n o g e n e s idse n g a n efisiensipenyisihanCOD sebesar94T"dan 0,03. nisbahTAV/AIkalinitas membrananaerobduafasadalam 5. Bioreaktor mengolahlimbahcair industriminyaksawit adalahwaktu tinggalcairan24 iam pada dan 48 jam pada bioreaktorasidogenesis denganwaktu fasametanogenesis bioreaktor p a d a t a n h a r i 5 d e n g a ne f i s i e n s i tinggal penyisihan 90%dannisbahTAV/ CODsebesar Alkalinitas 0,14. menunjukkan bahwasistem 6. Hasilpenelitian bioreaktoranaerobdua fasa mempunyai limbahcairkelapa keunggulan untukmenagani kandungan sawitkarenamampumenyisihkan tinggiyang CODdi atas90%denganstabilitas yang ditunjukkanoleh rasioTAV/Alkalinitas relatifrendahdalamwaktuyang relatiflebih pendek.Dengandemikiansistembioreaktor limbah anaerobduafasamampumenangani pabrik kelapasawitdan dapat cair industri diimplementasikan dalamrangkapencegahan pencemaran lingkungan di Indonesia.

UCAPANTERIMA KASIH P e n u l i sm e n g u c a p k atne r i m ak a s i hk e p a d a yangtelahmembiayai Republik Indonesia Pemerintah KESIMPULAN p e n e l i t i a ni n i m e l a l u iP r o g r a mP e n e l i t i a n Hibah 1. Bioreaktor unggunfluidisasianaerobfasa Bersaing Perguruan TinggilX dengansuratperjanjian tunggalmampumenangani pabrik limbahcair pelaksanaan penelitian No.12/P2lPTIDPPM/PHBUUV kelapasawitpadawaktutinggalcairan7 hari 2003. denganefisiensi penyisihan CODsebesar33% DAFTAR PUSTAKA dannisbahTAV/AIkalinitas 0,3. Ahmad, A., Setiadl, T,, & Wenten,LG, 2003. Bioreaktor limbahcair industri membrananaerobuntukpengolahan 2. Bioreaktor berpenyekat anaerobfasatunggal minyak sawil. LaporanHibah Bersaing/X. Bandung: mampumenangani limbahcairpabrikkelapa lTB. Masyarakat LembagaPenelitian danPemberdayaan treatment kineticsof palmoil sludge. sawitpadawaktutinggalcairan 1,7haridengan Chln,K.K. 1981. Anaerobic WaterRes.15: 199 - 202 efisiensipenyisihan CODsebesar88yo. L e m a ,J . M , e t a l . 1 9 9 1 .C h e m i c ael n g i n e e r i ncgo n c e p ti n o p e r a t i o na n d d e s i g np r o c e s sa n a e r o b i cw a s t e w a t e r 3 Bioreahormembrananaerobfasa tunggal treatment.WaterSci.Tech.24(8): 79 - 86. fitanpu menangani anaerobic limbahpabrikkelapasawit Ng,W.J.,Wong,K,K.,& Chin, K.K.1985.Two-phase palm oil wastewaters.Water Res. treatment kinetics of pada waktu tinggalcairan 12 hari dengan 19(5):667-669 efisbnsipenyisihanCOD sebesar94o/odan Sahm, H. 1984.Anaerobicwastewatertreatment.Advanc. 29: 83-115 Biochem.Engng.Biotechnol. r*sbahTAV/Alkalinitas 0.19. T h a n h , N . C . 1 9 8 0 .H i g h o r g a n i cw a s t e w a t ecr o n t r o la n d managementin the tropics.WaterPollutionControlConf. Bangkok: CDG,AIT-ERL