@ Mirg S;,lrirur Hotil Pcllrlitian &n Pogenfugon Eioteg IL Afinog 67 Sb I 991

PENGARUH OZONISASI TERHADAP PROSES AI\TAEROB LIMBAHCAIR INDUSTRI PTJLP

Tjandn Setiadi, L@nard Tambunan dan BS.}i[. I-€sariIaboratorium Mibobiologi dan Telorclogi Bioptaseg

Junsan Tebtik Kimia nB, Jl. Ganesha I 4 funfung 10 I 3 2

ABSTRAK

Ddam penelitian ini, pengaruh perlakuan awal ozonisasi terhadap proses anaeroblimbah cair industri pulp dipelajari. Percobaan dilakukan dalan&la tahap, 1raitu tahap perlakuanawal ozonisasi dan tahap proses anaerob. Tahap ozonisasi limbah dilekcarrek'n pada reaktorDatclr berukuran I liter dengan naktu kontak antan 5 hingga 15 menit, dan laju alir ozonisasidari2,s hingga 4 liter/menil Tahap proses anaerob dilakukan dalam reaktor 6alcl berukuran 4liter dengan slhu dijaga kon$an pada 35"C.

Ilasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan aqal ozonisasi terhadap limbah pulprnampu meningkatkan kinerja prqses anaerob. Penyisihan kandungan @D meningkat menjadi55,?y. dengan ozonisasi dibandingkan dengan hanya 2l,5Yt ta4pa ozonisasi. Disamping itu,dengaf perlakrun awal ozonisasi proses anaerob mampu menguraikan lignin s€banyak 327.,sodangkan tanpa perlakuan awal hanya dicapai penguaian sebesar 6,37r

ABSTRACT

An investigation was carrid txrt on the effect of ozone pretreafnent on anaerobicfernrentation of pulp indu$ry wastewater. Tbe erperiments werc cooducted in two stageg i-e.ozooe pretreatrnent and anaerobic fermentation Sages. Ozomtion oeerinents were done in aone-liter barch reactor with tlp reaction tfune \raried berurcen 5 and 15 minutes and ozone flowrate of 2.5 to 4 liter/min. Anaerobic ferrrentation sudies were oonducred in batch reactors of 4liters with the temperatue was meinteined at 35O"C.

. The study shows tlnt ozone pr€treatments d n lp mstewater enhanmd anaerobicfermentation performances. The COD rernoval 6 55.7/.uas achieved with ozonation comparedto ttnt of 2l.5Yc without ozonation Morover, lignin rcmovals 6 32y. cas observ€d withozonation compared to that of 6.3% without ozonation-

Key words : Pulp industry, wastewater, anaerobic ferrrentation, ozonation

PENDAHIILUAN

Produksi pulp di Indonesia berta"fu.g dengan p"* p"d" tahun+ahun terakhir ini.Pada tehun 1987, produksi pulp baru 2nl-70iJ on, sedangkan pada tahun 1992 tel^hrcncapai 932.000 ton (Indocbemica[ f993). Pe*enbangatr indusfii plp fang cepat ini pertuaiidangi dengan,usarra ryss"ta"sq" ffin,litgT1ry lqg_ Sfgryf"tya IIal ini

1,At

91

B LIMBAE

proscs anaerobtah:rF perlakuanan pada reaktoriu dir ozonisasi/ci berukuran 4

lap limbah pulpningkat rrenjadiDisamping itu,sebanyak 327.,

t on anaerobict*o Sages, i.e.were done in aud ozore flow;h reactors of 4

rced anaerobic[ion comparedobserved with

r terakhir ini.u.a 1992 telah4at ini perlunnyr. IIal ini

Prcriditg 9nitnr Hosil PqcttOan du Pagembarqaa Biotehtologi II, Cibinong 67 &plember 1991

dis6abkan air limbah induslri pulp mengandung senyawa-senyawa organilq bahantahan kimiasera[ warna dan lainlah )ang mampu menuunkan kualitas lingkungan.

Ivteroda{etoda png dapat diterapkan untuk mengolah air limbah pulp adalah metodatrsilc4 kinia dan biologis- Pengolahan secara kimia dan fisika dapat menurunlcan BOD sampai6ff/e sdanfunpengolahan sera biologis dapal menurunkan BOD hingga 90o2. Kendaleyangdihadapi oleh proses biologis adatah dibutuhkan lahan yang relatif lebih luas dibandingkandengan prcses kimia alaufsika

Pengolatran secara biotogis yang ocok untuk menangani limbah pulp adalah proses

tritilogis anaerob. IIal ini disdabl<an oleh tingginya kandungen organik dalam limbah, yaihrhingga l5.0OO mg @D/L. Prffi biologis anaerob memiliki beberapa keuntungan dibandingkan&ngan prcses rrob, diantaranla : kebutuhan energi untr.rk pengolahan relatif rendalL karenatidak dipertukan aerasi untuk menl'ediakan oksigen bagi sisteq disamping itq proses anaerobmengbasilkan gas netan yang dapat dimanfaatlon s€bagai surnber energi. Walaupun demikiarqprcses anaerob mendliki lcelemahan utama pitu laju pernunbuhan mikroorg,anismenya rendallsehingga laju penguraian zat oryani*. berlangsrng lambat" Terlebih-lebih apabila zat organikdalam limbah cair terdiri atas sen]'awa kompleks seperti yang umumnya ditemui dalam limbahpdp.

Untgk mengatasi tnl tersebut'Emerita dan Ellytasari (1992) melalcukan penambahankarton aktif ke dalam sistem anaer&. IIasil mereka memperlihatkan adanya peningkatankemampuan pr6 anaerob dalam mengolah air timbah'pulp sebesar l07q yaitu daripengurangan @D s€besar 20olc untuk tanpa karbon aktif menjadi sekitar 307o. Peningkatan initerlampau kecil untuk dapat dirnanfaatkan dalam:slcala komersial. *: " ' )-"

Kishirnoto ad Akagi (1992) memberikan perlakuan awal treruPa ozonisasi terhadaplimbah lumpur png akan diotah secara anaerob. Percobaan mereka menlnjukkan hasil yangmenggembiraka4 pitu produksi ges metan meningkat drn kali lipat"pada kondisi proses

anaerob yang sarne Meningkatnla proses anaerob disebabkan ozon mampu menguraikansen)awa-senj/awa kompleks menjadi senyawa sederhana lang

'mudah diuraikan olehmftroorganisme (Erans, l97l; Narvis and Scheider-Rotel, 1990).

Dalam penelitian ini, perlakuan awal ozonisasi diterapkan terhadap limbah cair industripulp. Secara khuss ditinjau pengirnrh raktu kontak dan laju alir ozonisasi terhadap kinerjaproses anaerob.

: , . -

Ilal-hal png diarnati seh,gl4;;4@ga{alah;g9A&a{uq*onsentrasirsubstrat dan kdndunganmlaoorganisme terhadap waldu Konsentrasi snrbalrat dinyatakan dengan CODda+ kandungan-mikroorgaqiggge*.$g:4[4!9n $ngag$1s"S, -;r)lqaaprsg rrtu,;konsentrasi*lignihpun diaiulisisuntulrkondisiifiatdana\btr*aggsfifrg$. .d,"*lbtk ?rei,$:i rlg;*i:i4t:i::Bi t*:rb bd*dFdf;hlc'{

427,+-l.' :': .

. l i -

Prosiding &aircr Hair pcnritian &a pergcnbargan &e*gi il, cibirore 67 *flc^b Ig91

Gmbar r. skma rangtaian peraratan unok purakrnn rnal oonisasiKetenngan gambarl. Rotarcter 2-ozmat'. 3. Abeoterberid ranilanKI a. Rdtoreonasi

II:, a

\

protiditg $','Jrcr Hadl Panlitiaa en Paga''lAot Eietegt II. c//Urctg 67 Sc4a!,'- t 9"t

Pada proees ozonisasi, s2gq dihrsilbn dari gas dcigeo 5l3ng dilcwsltan padeozon model OZ 2 SS l0 (Ozotoch,Irc.). R€afturbatchbcruhrran f ftcrtsbuatdari

getas digunal€n s6agai tempat reaksi utara limbah cair denga! oan Cgs cm disdgrtandari bagian bawah rcaldor relalui digdhror png terhc en rontendZlars- naagloianperatstan fang digunakan untuk ozmisasi aipeain*n pade Cnlnbar L Ptoscs erreetobdilalcsanakan dalam t€aktor barch Fng urerriliti tolun bda 4 litcr. RanglsairB pentatantersdut disajikan pada Cranbar 2.

HASILDAN PEMBAHASAIY

Ilasil percobaan }ang- disa;&an di datam bagian ini meliputi peqgaruh ozonisasi timbahsebelum proses anrcrob dan elama prs6 anaers dan disajilan dalam bentut gambar dantabel.

Pengeruh Ozonic.si Terhrdep r;nbeh hrlpLimbah pulp segar sdelum difermentasi Eecara snaer$, t€rldih dahulu mengalani

ozonisasi. Dalam proses ozonisasi dirariasikan walor kontak dan laju alir ozonisasl

Pengeruh wdrtr soniseriPengaruh nalfu ozonisasi teftadap konsentrasi @D dan MISS lirnbsh pulp pada !H

10, laju alir 3 lJrcnit dan srhu 250'C dinnjutCon pada Cnrnbar 3, dengan vadasi ualorSangdigwakan 5, 7, l0 dan f5 menit l(onsentras @D awal limbah png diolah s&esar lS4XD.gn.

f[d!ittiidLOhf5l

II

Ga.o

ooUca&-l. , . : .

: l r. G. . , 1. , , - 1 , , , - . A

1 1.;.1.:l

' {zg

3Sr

osasi

. , : : ' : 'I . ' r . i : \ n '

.,,; l!.!]j.t3';.)t'Jq. _ . , . " . .

\ _ i : , r ,

;:i.!:l;{.1..,iiil!- . - r l l

,f.* l;."r:;-,:Jiq:s ^ Y _ _ J r ,

'd.;1,]Q;1' iJilal;

#H;ffi ,::#;,:;##.:ffi S',r;i;,:ji*,i.;":?#*iffi":

Waktu ozonisasi (menit) Konsentrasi limin (e/l)Blank

57l0l5

t,4088,060t,0487,6408,210

{?J

T.iPtotidiag 9minar Hasil Porlitian dan Pcngenbangan Biaclaologi II, Cibinong 67 kptembcr ! 91

penuru&tn COD dan MLSS bertambah. Untuk rvaktu ozonisasi 5 - 15 menit, penurunan CODbertisar 3,9 -24,80/. den penurunan MLSS berkisar 33-58o/a

Peningkatan uaktu ozonisasi berarti waktu kontak ozon dengan senyaurasenyau/aorg;anik yang terdapat dalam limbah semakin lama pula l{al ini menyebablon ozon mempunyaipelung relatif besar untuk mengurailcn sebagian senyawa-senyawa organik menjadi senyarryirlain dan mengoksidasi senyiawa{enyawa organik tersebuL

Tabel I menunjukkan persen pengurangan lignin sebel*a d^n sesudah limbahmengalami ozonisasi untuk nraktu ozonisasi 5, 7, l0 dan 15 menit. Konsentrasi lignin awaladalah t,408 gn sedanglcn setelah ozonisasi berkisar 7,640{,210 g/1. Konsentrasi lignin padalimbah yang mengalami ozonisasi leiih rendah daripada konsentrasi lignin pada limbah yangtidak mengalami ozonisasi. Selama $€ktu kontak ozon dengan limbalr, sebagian lignin yang adapada limbah telah terurai menjadi molekul-molekul lain yang lebih sederhana sehingga jumlahlignin yang ada berkurang.

Tab€l l. Konsentrasi lignin pada limbah setelah ozoni sasi selama selang wahu tertentu.

Penurunan konsentrasi lignin ini tidak besar, yaitu sekitar pada targa 2,4o/e9,lYo. Halini menunjukkan bahrrya lignin sukar didegradasi melalui proses ozonisasi. Lignin merupakansenyawa makromolekul yang kompleks dan sukar diisolasi dalam kondisi yang tidak berubalusehingga masih sedikit yang diketahui tentang sifat kimia dan fisikanya.

Dalam pustaka telah disebutkan bahwa ozon rnampu menyerang senyawa-senyawaorganik. Penururun konsentrasi lignin sesudah ozonisasi diduga oleh karena kemampuan ozonmemuhskan bagian$agian molekul ligtU sekalipun rantai utama molekul lignin sendiri tidakterptuskan. Pengaruh ozonisasi ini mungkin mengubah bentuk molekul lain.

Rantai utama molekul lignin merupalcan sebuah nukleik aromatik. Bagan lignin lainyang diketahui adalah katekol, vanilliq siringaldehid dan lainlain. Gugus ikatan utama .lelammolekul lignin adalah ikatan propil aril eter pada p karbon atas rantai alifatik. Ligninmengandung sejumiah gugus reaktif. Setiap unit dasar terdiri dari lima fenilpropan dan empatgugus hi&oksil (tiga difatik dan satu fenolik), empat gugus metoksil dan satu gugus kaftonil.Kereaktifan lignin terutama dipengaruhi oleh gugus hidroksol. Bila lignin dioksidasi (denganlunak), lignin akan putus menja$ asamrarornatik,seperti lenzoik dan,protokatekerik. Padakondisi oksidasi yang lebih kuat, lignin lerolsidas! nenjadi asam formist, asetat, oksalat dansrlainar Bagian{agian lignin yang mq+glgn diputuskan.oleh ozori adalah katekol" aldehi4serta gugus hidiolsil (tiga alifatik'dan sa1u feldlik); sdangkan rantai urarna lignin yang terdiridari unit dasar n-propil be'nzeq tidak terputuskan,oleh ozon IIal inilah yang menyebabkanpenuruun konsentrasi lignin tidak besar.-:Ligniiii,r"g telah mengalami ozonisasi ini didugamemp-:lnl kgqLS"g-F"W r*l,"l+rgr, iff i',,.,',,,r,,,,,r -r i :-, ::;.irr ;,-l

430

enurunan COD

snyawasenyawann mempunyaienjadi senyawa

:sudeh limbahasi lignin awalasi lignin padah limbah yangignin yang ada:hingga jumlah

rtentu.

,4o/c9,1%o. Halfn merupakantidak berubalu

ryaw:r-senyawanampuan ozonn sendiri tidak

ian lignin laint Utama rlalamlifatik. Ligninnn d^n empatugu karbonil.;i&si (dengen:ckerik. Pada.t, oksalat dentekol, aldehid,in yang terdirimenyebabkanasi ini diduga: . i .. i l l . :-:

4 -.*.iil nqgfl*s

Protiding &minar Hail Penclitian dan Pengcnbangan Biotelaploti II, Cibircng 67 *ptembcr 1991

Vmenit dengan ua}Cu ozonisasi l0 menit, pH l0 dan srhu 25"C. Pengaruh laju alir ozonterhadap konsentrasi COD danMLSS limbah dapat dilihat pada Tabel 2 dengan COD dan MLSSawal adalah 18796 mgll dan 420 mgll-

Tabel 2 menunjukkan adanya kenaikan persentase penyisihan COD dan MLSS denganbertambahnp laju alir ozon. Peningkatan laju alir ozon mengakibatkan jurnlah ozon yangdialirkan ke dalam limbah bertambah dan ozon semakin tersebar karena tekanan gas bertambah.IIal ini mengakibatkan senyawa-senyawa organik pada limbah yang dapat diuraikan dan

teroksi&si sempuma menjadi senyawa lain bertambah banyak. Jadi semakin besar laju alir

ozon, akan meriambah laju penyisihari CllD dan MLSS.

Tabel 2. Persentase penyisihan COD dan MLSS limbah pulp.

+) Kadar ozon : mg ozonlliter gas

Tabel 3. menunjukkan kandungan lignin pada timbah yang mengalami ozonisasi danmengalami penurumn dibandingkan dengan limbah yang tidak mengalami ozonisasi.Peningkatan laju alir mengakibatkan kadar ozon bertambah pada limbalu sehingga jumlah ligninberkurang. Pengurangan kadar lignin tersgbut hanya berkisar antara l,4A ' \54o/n l{al inidisebabkan karena ozon hanya rnampu memotong bagian$agian lignin dan tidak dapatmemotong rantai lignin yang utama. Mekanisme kemampuan ozon untuk memecah-mecahbagian dari lignin akibat peningkaun laju alir gas.

Tabel 3. Konsentrasi lignin pa& limbah setelah ozonisasi menurut variasi laju alir

[:ju alir ozon(Vmenit)

Kadar ozon')me/l O.

% pcnyisihan COD 7o penyisihan MLSS

2,53,03,54-0

302259,5312342.2

I1 ,313,0213,415.6

33,342,t42,86r ,9

Laiu alir ozon (l/menit) Kadar ozon {me/l Or) Konsentrasi lienin (s,n)

Blank2,53,03,5

. 4.0

302259,5312346.4

E,4088,2907,6908,2589.175 ,

Prostding Seminor Hasil Pe*htian dan Peagembangan Bioteloatogi II, Cibircag 67 &ptcmbcr 1991

sehingga bentuknya tidak l^gi sama dengan bentuk analnya- Ilal'ini menyebabkanmikroorganisme anaerob lebih mudah mengurai lignin tersebut

Tabel 4. Pe6andingan persentase penyrsihan kandung;an COD untuk limbah yang diozonisasidan fanpa ozonisesi

Persentase peirguraian lignin selarna proses anaerob untuk kedua variasi dibandingkandeng;an Proses anaerob tanpa ozonisasi terlebih dahutq diperlihatkan pada Tabel s. persei'tasepenurunan tignin untuk limbah yang tidak mengalami ozonisasi lnnya sebesar 6,3olq sedangkanuntuk limbah yang telah megalami ozonisasi penurunan lignin berkisar l3,l - 3l,f/o. g"i i"iberarti selama proses anaerob, mikroorganisnre mampu mengurail<an lignin menjadi senyawalairr yang lebih sederhana dan memperkuat dug;aan bahua molekut lignin meng3l-ri p".U"io"bentuk sesudah pros€s ozomsasi

Tabel 5. Persentase penguaian lignin pada reaktor anaerob untuk variasi wakhr dan laju alir

{ii

Waktu ozonisasi(Menit)

@Daural(mer'l)

@Dakhir(mefl)

rarra psngolahan(hari)

%penyisihancoD

Blank57l0l5

14960159091363617803t4772

11742100009230t07696538

3030303030

2l,s37,132,339,555.7

Iaju alir ozonisasi(Umenit)

Blank2,53,03,54-0

14960t3492178031309513905

1r742iwt7076993027751

3030303030

j

21,525,339,529,O40.8

Waktu azonisasi(menit) '

Konsentrasi ligninawal (en)

Konsentrasi ligninakhir (e/l)

%penguraian lignin

Blank""J . '7l0

" l5 : ,

E,4OE

t,o4g.. rr ;1 ?,690 il'ri

r ' : - ' r . " : , . 9 , 210 .1 i . j

7,t79. 6,410

5,693, :; . t:r6.690 i !: ti* . . ' i r :5 .667: . ; i -<

6,3" : : '_20,5 ' . - . , .

29,3ril.rl ;;: i,-'1311 i!, i;.;r1

" . ! ' ; : ; , .3O. i " . t' i+;-;r : -Li

j i;1 ,ji;r1:.in " i - i :< ' ! ; ;dL: i r . i 's :4!-

':&+-1.-, ?i: r*!il,;r ii;:rr . t ' - i r i . g . ; g ' a

,9,409 . .

' , '

" ,**o';::;3 iu, ".rt..*'':tt*.t.zgti:;fit! :is.3'ss€sc3'tij J {i6)i$c

"" ': 7,878'' ' ' '.

' *,.'n,'{1ffi**j".n,.' n ' ; , i l

5 :693 " j i : , , , ,:(nait:i rzS-.Sk3rU

, .t:'--

::,r '*26#;";ji"ftrrinn:I

.q lEliitt; 30 9

dft,gurioso lr,rjti-tfrr rirsDsi

4

li menyebabkan

png diozonisasi

%penyisihancoD

21,525,339,529,040.8

d dibandingkan:l 5. Persentase37q sedanglqn3l,f/o.IIal inienjadi senyawa.ami perubahan

u dan laju alir

guaian lignin

Protiding &minor Hasil Pctthtian dan Pengembangan BioteJatologi II, Cibinong 67 *ptenba I ga

Kecenderungan persentase penyisihan COD dan persentase penguraian lignin untukwaktu ozonisasi rhn lsju alir ozonisasi terlihat sama pada selang waktu 5-15 menit dan selanglaju alir 2,5 '4 Umenit ozonisasi limbah pada laju alir 4 Umenit d^n uiaktu ozonisasi 15 menitselalu terjadi penyisihan COD dan penguraian lignh 1ang lebih tinggi aiUarUinglsn denganq/aktu dan laju alir lainnya- Pada waktu ozonisasi 15 menit dan laju alir 4 Vmenit, waktu kontakozon untuk mengurai lignin dan senjffawa organik reluif lame dan lsdar ozon )ang dilQaskanrelatif banplq sehingga semakin banyak senyawa organik dan molekul tignin yang tenr"ai. llatini menyebabkan pada proses anaerob semakin banyah senlaw:l-cenlawa organik drn molekullignin yang terurai yang dapat dicerna oleh mikrmrganismc anaerob.

KESIMPTJII\N

Kesimpulan yang dapat dirarik dari penelitian yang tetah dilalskan adalah :l. Air limbah industri pulp mengandung banlak png srkar untuk dibiodegradasi2. Pada rentang naktu ozonisasi 5 - 15 nrenig persentase penunrnan @D dan MLSS

bertambah untuk waktu ozonisasi yang lebih lama3. Pada rentang laju alir ozonisasi 2,5 - 4 L/menit, persentase penuruun @D dan MLSS

bertambah dengan makin besarnla lqiu alir ozon4. Ozonisasi limbah pulp tidak nurmpu memecah rantai utama molekul ligmq tetapi mampu

memutuskan bagian$agian dari molekul lignin tersebut5. Kinerja proses anaerob dengan perlakrun awal ozonisasi lebih baik dibandingkan dengan

proses anaerob tanpa ozonisasi.6. Perlakuan anal ozonisasi mengakibatkan molekul-molekul organik rantai panjang dan

molekul tignin lebih mudah terurai selama proses anaerob.

DAFTAR PUSTAKA

Emerita, I.M dan T. Ellytasari- 1992. Pengaruh Penambahan Karbon Aktif rerhadap SistemPengolahan Limbah industri PuIp secara Anaerob, Iunrsan Teknik Kimi4 FakultasTeknologi Indusri, Institut Teknologi Bandung.

Enans, F.L. 197f. Ozone in Water *;qW_q1nt.T,Trea$ent, Ann Arbor Scienoe Pub. Irrc.

$.ii3

6,31. ". - .25,6dc' i"c:

l3, l

21,537,132,339,5

6,320,529,3l3;l

3o,g T*il'{'3l-9.Iriii:'ili:t