Teknik Membran

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)