Click here to load reader
Upload
neeysya
View
2.188
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
TUGAS MATA KULIAH PENGOLAHAN BUANGAN NDUSTRI
PENGOLAHAN LIMBAH MONOSODIUM GLUTAMATE
MENGGUNAKAN BIOFILM REAKTOR DAN SISTEM LUMPUR AKTIF
DISUSUN OLEH:
Nisa Noor Fadhila S. (082 05 019)
ABSTRAK
Limbah industri pangan secara umum masih dapat menimbulkan permasalahan lingkungan, karena dalam prosesnya masih menyisakan unsur-unsur yang dapat larut dalam air dan kemudian dibuang ke lingkungan. Sebagai contoh limbah dari industri susu, industri pengolahan daging, unggas, hasil laut dan juga proses fermentasi seperti pembuatan MSG dapat menimbulkan bau yang tidak diinginkan dan polusi berat bagi perairan bila penanganannya tidak diberi perlakuan yang tepat.
Dalam pengolahan limbah MSG, jenis biofilm reaktor yang digunakan adalah fix-bed reactor dengan memanfaatkan dua jenis yeast (khamir) yaitu Candida halophila dan Rhodotorula glutinis. Gabungan dari dua jenis yeast ini mempunyai kemampuan yang bagus dalam mereduksi kandungan COD yang tinggi (dapat mencapai sampai 40.490 mg/L COD) dalam limbah MSG dalam rentah pH 4-9. Efesiensi penyisihan kadar COD yang dapat dicapai dengan mengunakan biofilm reaktor ini adalah 80 %
Suspended solid (SS) dari effluen reaktor biofilm tersebut mengandung yaest itu sendiri dan bakteri fermentatif yang digunakan dalam produksi glutamate. Suspended solid ini mengandung 55,8% potein dan 18% asam amino. Effluen dari biofilm rektor inilah yang akan digunakan dalam unit lumpur aktif.
Sedangkan sistem lumpur aktif dapat menyisihkan 50-70% kadar COD dalam limbah MSG.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air limbah banyak menimbulkan dilema di lingkungan karena sangat
potensial untuk mencemari sumber-sumber air bersih, akhirnya pencemaran
lingkungan pun akan terjadi. Di dalam Undangundang R.I. No. 4 tahun 1982
tentang Ketentuan-Ketentuan Pokok Pengelolaan Lingkungan Hidup Bab 1
Ketentuan Umum, pasal 1 ayat 7, dinyatakan bahwa pencemaran lingkungan
terjadi jika kualitas lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang
menyebabkan lingkungan menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai
dengan peruntukkannya, sebagai akibat masuknya atau dimasukkannya makhluk
hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam lingkungan atau berubahnya
tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam.
Menurut Anwar (1996), air limbah adalah air yang tidak bersih dan
mengandung berbagai zat yang membahayakan manusia dan atau hewan, dan
lazimnya muncul karena perbuatan manusia termasuk industrialisasi. Air limbah
juga dapat didefinisikan sebagai air yang bercampur zat-zat padat (dissolved dan
suspended solid) yang berasal dari pembuangan kegiatan rumah tangga,pertanian,
perdagangan, dan industri (Djabu,1991). Air limbah selain mencemari sumber-
sumber air bersih, juga dalam suatu tingkatan tertentu dapat berefek toksik
terhadap makhluk hidup dan sistem biologik lainnya, sehingga dapat
mengakibatkan kerugian yang sangat besar baik material maupun non material
seperti penyakit, wabah, kematian, dan sebagainya.
Limbah industri pangan secara umum masih dapat menimbulkan
permasalahan lingkungan, karena dalam prosesnya masih menyisakan unsur-unsur
yang dapat larut dalam air dan kemudian dibuang ke lingkungan. Sebagai contoh
limbah dari industri susu, industri pengolahan daging, unggas, hasil laut dan juga
proses fermentasi seperti pembuatan MSG dapat menimbulkan bau yang tidak
diinginkan dan polusi berat bagi perairan bila penanganannya tidak diberi
perlakuan yang tepat.
Menurut Betty dan Winiati (1993), limbah industri pangan pada umumnya
tidak membahayakan kesehatan masyarakat, karena tidak terlibat langsung dalam
penyebaran penyakit. Akan tetapi kandungan bahan organiknya yang tinggi dapat
bertindak sebagai sumber makanan untuk pertumbuhan mikroba. Dengan pasokan
bahan makanan yang berlimpah, maka pertumbuhan mikroba akan berjalan cepat
dan mereduksi oksigen terlarut yang ada dalam air.
Jika air melalui badan air yang melalui suatu perkotaan , maka keadaanya
akan selalu sama. Ia tidak saja sebagai sumber pengairan bagi persawahan, tetapi
sering pula dianggap sebagai tempat pembuangan sampah (termasuk kotoran
manusia). Sungai akan menjadi tempat pembuangan segala macam limbah yang
berada di sekitarnya.
Pencemaran bertambah tidak hanya disebabkan oleh berkembangnya
penduduk pada daerah yang sempit hingga peruntukannya untuk per orang
menjadi lebih kecil, tetapi juga disebabkan oleh keinginan setiap orang yang
bertambah terus dengan hasil buangannya yang meningkat setiap tahun.
Dengan ditemukannya pencemar mikroba dalam ekosistem perairan dapat
pula menyebabkan tercemarnya air tanah di sekitarnya. Adanya mikroba ini
diantaranya dapat menyebabkan miskinnya kandungan oksigen terlarutnya,
bahkan untuk beberapa jenis dapat menyebabkan biotransformasi bahan kimia
beracun (Tangley, 2002). Salah satu sumber yang potensial menyebabkan
pencemaran adalah instalasi pabrik, termasuk diantaranya pabrik mono sodium
glutamat.
1.2 Maksud dan Tujuan
Maksud dari penulisan makalah ini adalah untuk mempelajari bagaimana
suatu pengolahan limbah dari pembuatan bahan penyedap rasa Monosodium
Glutamat (MSG)
Sedangkan tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :
Mempelajari karakteristik dari limbah pembuatan MSG
Mempelajari proses pengolahan limbah dari hasil proses pembuatan MSG
sehingga aman dibuang ke lingkungan.
Menemukan suatu alternatif pemanfaatan limbah dari pembuatan MSG
1.3 Ruang Lingkup
Ruang lingkup dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :
Menemukan karakteristik dari limbah hasil pembuatan MSG
Menemukan suatu pengolahan limbah yang tepat untuk limbah dari hasil
pembuatan MSG.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Umum
Monosodium glutamat (MSG) adalah garam natrium (sodium) dari asam
glutamat, suatu asam amino yang terdapat dalam semua jenis protein.
Monosodium glutamat dikenal sebagai bahan tambahan untuk pembangkit cita
rasa. Istilah pembangkit cita rasa (flavor enhancer/flavor potentiator)
digunakan untuk bahanbahan yang dapat meningkatkan rasa enak yang tidak
diinginkan dari suatu makanan. Sedangkan bahan pembangkit itu sendiri tidak
atau sedikit mempunyai cita rasa.
Glutamat diproduksi melalui fermentasi, suatu proses yang digunakan untuk
membuat bir, cuka, kecap kedelai dan yogurt. Prosesnya dimulai dengan bahan
alami seperti tetes gula (molasses) dari gula tebu atau gula bit dan pati singkong
atau biji-bijian.
Secara alamiah asam glutamat ditemukan dalam protein hanya sebagai L-
asam glutamat yang identik dengan asam glutamat buatan pabrik. Hanya saja
asam glutamat buatan pabrik sudah ditambah dengan unsur tambahan (Adandjack,
2002). Di dalam asam amino L-asam glutamat ditemukan dalam kombinasi yang
seimbang.
2.2 Karakteristik Monosodium Glutamat
Asam glutamat, asam bebas dari MSG, adalah unsur pokok dari protein
yang terdapat pada bermacam-macam sayuran daging, seafood, dan air susu ibu.
Asam glutamat digolongkan pada asam amino non essensial karena tubuh
manusia sendiri dapat menghasilkan asam glutamat. Asam glutamat terdiri dari 5
atom karbon dengan 2 gugus karboksil yang pada salah satu karbonnya berkaitan
dengan NH2 yang menjadi ciri pada asam amino. Struktur kimia MSG sebenarnya
tidak banyak berbeda dengan asam glutamat hanya pada salah satu gugus
karboksil yang mengandung hidrogen diganti dengan natrium.
Gugus karboksil setelah diionisasi dapat mengaktifkan
stimulasi rasa pada alat pengecap. Rumus bangun asam
glutamat dan MSG adalah seperti yang erlihat di bawah ini:
Asam Glutamat :
COOH – CH2 – CH2 – CH2 – COOH
NH2
Monosodium Glutamat:
COOH – CH2 – CH2 – CH2 – COONa.H2O
NH2
Asam glutamat dan MSG mempunyai sifat kimia yang sama, yaitu
berbentuk tepung kristal berwarna putih yang mudah larut dalam air dan tidak
berbau. Presentase unsur pokok yang terkandung dalam MSG dapat dilihat pada
tabel dibawah ini.
2.3 Proses Pembuatan Monosodium Glutamat
A. Teknik Hidrolisis Protein.
Dengan teknik ini protein dihidrolisis dengan asam mineral
kuat untuk membebaskan asam amino. Kemudian asam amino glutamat
dipisahkan dari campuran, dimurnikan dan terakhir „dipasangkan“ ke
monosodiumnya. Ini adalah cara lazim yang digunakan untuk mendapatkan MSG
dilakukan dengan cara menghidroliosis protein dari sayuran yang merupakan cara
tertua dalam memperoleh MSG. Dalam metode ini protein yang terbuang seperti
gluten dari gndum, gula beet dilarutkan dalam air dan ditambahkan asam untuk
kemudian dipanaskan. Dalam kondisis ini ikatan peptida, ikatan kimia yang yang
menghubungkan asam amino dalam protein terpecahkan. Asam glutamat yang
dihasilkan kemudian dikristalkan dan direaksikan dengan natrium hidroksida
untuk selanjutnya dihasilkan MSG.
B. Teknik Fermentasi
Dengan Teknik ini, bakteri dikultur dan dibiarkan tumbuh didalam
medium yang berisikan karbon (cth.nya dekstrosa atau sitrat), nitrogen (seperti ion
ammonium atau urea), mineral-mineral dan bahan untuk pertumbuhannya. Bakteri
yang diseleksi ini mempunyai kemampuan untuk mengeluarkan asam Glutamat
yang mereka sintesis keluar dari membran sel menuju ke medium dan
mengakumulasikannya disana. Kemudian asam Glutamat dipisahkan dari tempat
fermentasi dengan cara difiltrasi, dikonsentratkan, diasidifikasi, dan akhirnya
dikristalisasi. Proses ini adalah proses yang paling banyak digunakan untuk
menghasilkan MSG. Gambar 3.1 menjelaskan tentang pembuatan MSG:
Tahapan pembuatan MSG dengan proses fermentasi adalah sebagai berikut :
1. MSG dibuat melalui proses fermentasi dari tetes-gula (molases) oleh bakteri
(Brevibacterium lactofermentum). Dalam peroses fermentasi ini, pertama-
tama akan dihasilkan Asam Glutamat. Asam Glutamat yang terjadi dari
proses fermentasi ini, kemudian ditambah soda (Sodium Carbonate),
sehingga akan terbentuk Monosodium Glutamat (MSG). MSG yang terjadi
ini, kemudian dimurnikan dan dikristalisasi, sehingga merupakan serbuk
kristal-murni, yang siap di jual di pasar.
2. Sebelum bakteri Brevibacterium lactofermentum tersebut digunakan untuk
proses fermentasi pembuatan MSG, maka terlebih dahulu bakteri tersebut
harus diperbanyak (dalam istilah mikrobiologi: dibiakkan atau dikultur)
dalam suatu media yang disebut Bactosoytone. Proses pada Butir 2 ini
dikenal sebagai proses pembiakan bakteri, dan terpisah sama-sekali (baik
ruang maupun waktu) dengan proses pada Butir 1. Setelah bakteri itu
tumbuh dan berbiak, maka kemudian bakteri tersebut diambil untuk
digunakan sebagai agen-biologik pada proses fermentasi membuat MSG.
3. Bactosoytone sebagai media pertumbuhan bakteri, dibuat tersendiri (oleh
Difco Company di AS), dengan cara hidrolisis-enzimatik dari protein
kedelai (Soyprotein). Dalam bahasa yang sederhana, protein-kedelai dipecah
dengan bantuan enzim sehingga menghasilkan peptida rantai pendek
(pepton) yang dinamakan Bactosoytone itu. Enzim yang dipakai pada proses
hidrolisis inilah yang disebut Porcine, dan enzim inilah yang diisolasi dari
pankreas-babi.
4. Perlu dijelaskan bahwa enzim Porcine yang digunakan dalam proses
pembuatan media Bactosoytone, hanya berfungsi sebagai katalis, artinya
enzim tersebut hanya mempengaruhi kecepatan reaksi hidrolisis dari protein
kedelai menjadi Bactosoytone, tanpa ikut masuk ke dalam struktur molekul
Bactosoytone itu. Jadi Bactosoytone yang diproduksi dari proses hidrolisis-
enzimatik itu. Produk Bactosoytone mengalami proses "clarification".
5. Proses clarification yang dimaksud adalah pemisahan enzim Porcine dari
Bactosoytone yang terjadi. Proses ini dilakukan dengan cara pemanasan
160oF selama sekurang-kurangnya 5 jam, kemudian dilakukan filtrasi, untuk
memisahkan enzim Porcine dari produk Bactosoytone-nya. Filtrat yang
sudah bersih ini kemudian diuapkan, dan Bactosoytone yang terjadi diambil.
6. Proses pembuatan Media Bactosoytone ini merupakan proses yang terpisah
sama sekali dengan proses pembuatan MSG. Media Bactosoytone
merupakan suatu media pertumbuhan bakteri, dan dijual di pasar, tidak saja
untuk bakteri pembuat MSG, tetapi juga untuk bakteri-bakteri lainnya yang
digunakan untuk keperluan pembuatan produk biotek-industri lainnya.
(nama Bactosoytone merupakan nama dagang, yang dapat diurai sebagai
berikut: Bacto adalah nama dagang dari Pabrik pembuatnya (Difco Co); Soy
dari asal kata soybean:kedelai, tone, singkatan dari peptone; jadi
Bactosoyton artinya pepton kedelai yang dibuat oleh pabrik Difco)
7. Setelah bakteri tersebut ditumbuhkan pada Media bactosoytone, kemudian
dipindahkan ke Media Cair Starter. Media ini sama sekali tidak
mengandung bactosoytone. Pada Media Cair Starter ini bakteri berbiak dan
tumbuh secara cepat.
8. Kemudian, bakteri yang telah berbiak ini dimasukkan ke Media Cair
Produksi, dimana bakteri ini mulai memproduksi asam glutamat; yang
kemudian diubah menjadi MSG. Media Cair Produksi ini juga tidak
mengandung bactosoytone.
9. Bakteri penghasil MSG adalah Brevibacterium lactofermentum atau
Corynebacterium glutamicum, adalah bakteri yang hidup dan berkembang
pada media air. Jadi bakteri itu termasuk aqueous microorganisms.
BAB III
PEMBAHASAN
3.1 Karakteristik Limbah Monosodium Glutamat
Karakteristik limbah dari hasil analisis beberapa penelitian dapat dilihat
pada tabel-tabel di bawah ini.
Tabel 3.1 Karakteristik Limbah MSG
Tabel 3.2 Karakteristik Limbah MSG
Untuk pengamatan parameter fisika limbah cair MSG, didapatkan hasil
pengukuran suhu 310C. Suhu dalam air limbah ternyata lebih tinggi dibandingkan
dengan suhu udara di lingkungan sekitar (suhu kamar sekitar 270C). Hal ini
diakibatkan karena hasil proses di dalam produksi dan juga kandungan zat-zat
yang terdapat di dalam air limbah tersebut.
Bau air limbah yang menyengat dan warna agak kecoklatan disebabkan
karena ikatan-ikatan senyawa kimia dalam air limbah tersebut berasal dari
senyawa khas pembentuk bau (dalam hal ini dari golongan basa kuat) juga sisa-
sisa dari tahapan proses produksi yang menghasilkan warna cenderung gelap. Air
limbah mempunyai pH 8, ini berarti air limbah berada dalam rentangan pHuntuk
larutan basa yang berasal dari sodium sebagai pembawa sifat basa.
3.2 Alternatif Pengolahan Limbah Monosodium Glutamat
Salah satu alternatif dalam pengolahan limbah MSG adalah dengan
menggunakan biofilm reaktor yang memanfaatkan yeast (khamir) sebagai biofilm
dan lumpur aktif.
3.2.1 Biofilm Reaktor
Biofilm terdiri dari sel-sel mikroorganisme yang melekat erat ke suatu
permukaan sehingga berada dalam keadaan diam (sesil), tidak mudah lepas atau
berpindah tempat (irreversible). Pelekatan ini seperti pada bakteri disertai oleh
penumpukan bahan-bahan organik yang diselubungi oleh matrik polimer
ekstraseluler yang dihasilkan bakteri tersebut.
Biofilm terbentuk karena adanya interaksi antara bakteri dan permukaan
yang ditempeli. Interaksi ini terjadi dengan adanya faktor-faktor yang
meliputikelembaban permukaan, makanan yang tersedia, pembentukan matrik
ekstraseluler (exopolimer) yang terdiri dari polisakarida, faktor-faktor fisikokimia
seperti interaksi muatan permukaan dan bakteri, ikatan ion, ikatan Van Der Waals,
pH dan tegangan permukaan serta pengkondisian permukaan.Dengan kata lain
terbentuknya biofilm adalah karena adanya daya tarik antara kedua permukaan
(psikokimia) dan adanya alat yang menjembatani pelekatan (matriks
eksopolisakarida).
Pengertian dari biofilm reaktor sendiri adalah suatu unit pengolahan limbah
anaerobik yang memanfaatkan biofilm untuk menguraikan senyawa-senyawa
berbahaya yang terdapat pada limbah.
Dalam pengolahan limbah MSG, jenis biofilm reaktor yang digunakan
adalah fix-bed reactor dengan memanfaatkan dua jenis yeast (khamir) yaitu
Candida halophila dan Rhodotorula glutinis.
Gabungan dari dua jenis yeast ini mempunyai kemampuan yang bagus
dalam mereduksi kandungan COD yang tinggi (dapat mencapai sampai 40.490
mg/L COD) dalam limbah MSG dalam rentah pH 4-9. Efesiensi penyisihan kadar
COD yang dapat dicapai dengan mengunakan biofilm reaktor ini adalah 80 %
dengan rata-rata dekomposisi COD lebih dari 1,0 kg/(kg.d)
Suspended solid (SS) dari effluen reaktor biofilm tersebut mengandung
yaest itu sendiri dan bakteri fermentatif yang digunakan dalam produksi
glutamate. Suspended solid ini mengandung 55,8% potein dan 18% asam amino.
Effluen dari biofilm rektor inilah yang akan digunakan dalam unit lumpur aktif.
3.2.2 Lumpur Aktif
Sistem lumpur aktif dapat menyisihkan 50-70% kadar COD dalam limbah
MSG. Pada dasarnya sistem lumpur aktif terdiri atas dua unit proses utama, yaitu
bioreaktor (tangki aerasi) dan tangki sedimentasi. Dalam sistem lumpur aktif,
limbah cair dan biomassa dicampur secara sempurna dalam suatu reaktor dan
diaerasi. Pada umumnya, aerasi ini juga berfungsi sebagai sarana pengadukan
suspensi tersebut. Suspensi biomassa dalam limbah cair kemudian dialirkan ke
tangki sedimentasi dimana biomassa dipisahkan dari air yang telah diolah.
Sebagian biomassa yang terendapkan dikembalikan ke bioreaktor, dan air yang
telah terolah dibuang ke lingkungan. Agar konsentrasi biomassa di dalam reaktor
konstan (MLSS = 3 - 5 gfL), sebagian biomassa dikeluarkan dari sistem. tersebut
sebagai excess sludge. Skema proses dasar sistem lumpur aktif dapat dilihat pada
gambar di bawah 3.3.
Gambar 3.3 Skema sistem Lumpur Aktif
Dalam sistem tersebut, mikroorganisme dalam biomassa (bakteri dan
protozoa) mengkonversi bahan organik terlarut sebagian menjadi produk akhir
(air, karbon dioksida), dan sebagian lagi menjadi sel (biomassa). Oleh karena itu,
agar proses perombakan bahan organik berlangsung secara optimum syarat
berikut harus terpenuhi(I) polutan dalam limbah cair harus kontak dengan
mikroorganisme, (II) suplai oksigen cukup, (III) cukup nutnien, (IV) cukup waktu
tinggal (waktu kontak), dan (V) cukup biomasa jumlah dan Jenis).
Tujuan pengolahan limbah cair dengan sistem. lumpur aktif dapat dibedakan
menjadi 4 (empat)% yaitu (i) penyisihan senyawa karbon (oksidasi karbon), (ii)
penyisihan senyawa nitrogen, (iii) penyisihan fosfor, (iv) stabilisasi lumpur secara
aerobik simultan. Skema sistem lumpur aktif untuk tujuan tersebut di atas dapat
dilihat pada Gambar 3.
Pada penyisihan senyawa karbon (bahan organik), polutan berupa bahan
organik dioksidasi secara enzimatik oleh oksigen yang berada dalam limbah cair.
Jadi, senyawa karbon dikonversi menjadi karbon dioksida. Eliminasi nutrien
(nitrogen dan fosfor) dilakukan terutama untuk mencegah terjadinya eutrofikasi
pada perairan.
BAB IV
RESUME
Resume yang dapat diambil dari makalah ini adalah sebagai berikut ;
1. Limbah industri pangan secara umum masih dapat menimbulkan
permasalahan lingkungan, karena dalam prosesnya masih menyisakan
unsur-unsur yang dapat larut dalam air dan kemudian dibuang ke
lingkungan.
2. Limbah MSG rata-rata mengandung 92-295 mg/L BOD, 190-505 mg/L
COD dan pH 5,0-7,5.
3. Dalam pengolahan limbah MSG, jenis biofilm reaktor yang digunakan
adalah fix-bed reactor dengan memanfaatkan dua jenis yeast (khamir)
yaitu Candida halophila dan Rhodotorula glutinis.
4. Efesiensi penyisihan kadar COD yang dapat dicapai dengan
mengunakan biofilm reaktor ini adalah 80 % .
5. Sistem lumpur aktif dapat menyisihkan 50-70% kadar COD dalam
limbah MSG.
DAFTAR PUSTAKA
Astuti, D. (2004). Uji Toksisitas Limbah Cair MSG (Mono Sodium Glutamat) terhadap Ikan Nila (Tillapia nilotica) di Palung Karanganyar. 1-10.
Eka, K. I. Pemanfaatan Limbah Cair Monosodium Glutamat sebagai Pupuk Tanaman Caisiem (Brassica juncea). 61-67.
Jenie, Prof. Dr. Umar Anggara. Penjelasan Pembuatan Monosodium Glutamat (MSG). Diambil kembali dari Pustaka Online Media.
Qingxiang Yang, Min Yang, Shujun Zhanga and Liu F. (2001). Treatment of Ion-Exchange Monosodium Glutamate Wastewater by Yeast.
Qingxiang Yang, Min Yang, Shujun Zhanga and Wenzhou L. (2004). Treatment of Wastewater from Monosodium Glutamate Manufacturing Plant Using Succesive Yeat and Activated Sludge.
Siregar, S. A. (2005). Instalasi Pengolahan Air Limbah. Kanisius.