## JURNAL INTEGRASI PROSES

## Website: http://jurnal.untirta.ac.id/index.php/jip
Submitted : 9 October 2023 Revised : 16 April 2024 Accepted : 21 May 2024

## PERANCANGAN DAN SIMULASI PROSES LIMBAH PENGOLAHAN SAWIT DENGAN ANAEROBIC DIGESTER DAN AEROBIC BIO-OXIDATION
Giovanno Macario Purnomo 1 , Abraham Zefanya 1 , Yansen Hartanto 1* , Herry Santoso 1 , Antonius Indarto 2
1 Jurusan Teknik Kimia, Universitas Katolik Parahyangan, Bandung, 40141, Indonesia 2 Departemen Teknik Kimia, Institut Teknologi Bandung, 40132, Indonesia * Email: yansen_hartanto@unpar.ac.id

## Abstrak
Indonesia merupakan negara penghasil minyak kelapa sawit terbesar di dunia. Kebutuhan akan produk olahan minyak kelapa sawit meningkat setiap tahunnya dan limbah yang dihasilkan juga akan semakin besar. Limbah dari industri minyak kelapa sawit mengandung bahan organik yang tinggi dan berpotensi untuk merusak lingkungan. Pengolahan  yang  biasa  dilakukan  untuk  mengolah  limbah  minyak  kelapa  sawit  yaitu  sistem  kolam  ( ponding ). Sistem  ini  sederhana  tetapi  membutuhkan  waktu  pengolahan  yang  cukup  lama.  Penelitian  ini  mengkaji penggunaan anaerobic digester dan aerobic bio-oxidation untuk menurunkan kadar pencemaran di limbah seperti BOD, COD, TSS, dan kandungan minyak/lemak. Penelitian ini mencakup proses perancangan dan simulasi proses pengolahan limbah kelapa sawit. Perancangan dilakukan berdasarkan debit limbah 18 m 3 /jam, suhu 70°C, pH 4,3, TSS 4000 mg/l, BOD 22500 mg/l, COD 30500 mg/l, total nitrogen 550 mg/l, serta kandungan minyak/lemak 900 mg/l.  Simulasi  dilakukan  dengan  variasi  kenaikan  kandungan  limbah  seperti  BOD  dan  COD,  TSS,  serta minyak/lemak untuk melihat kinerja pengolahan limbah yang telah dirancang. Dari penelitian ini diperoleh desain pengolahan  limbah  minyak  kelapa  sawit  yang mampu memenuhi  baku mutu  limbah  dengan waktu  yang  lebih singkat  dibandingkan  dengan  proses  konvensional.  Proses  yang  dirancang  mampu  mengolah  limbah  dengan kenaikan COD, TSS, serta minyak dan lemak hingga mencapai 2 kali dari nilai semula. Sedangkan untuk kenaikan BOD, proses yang telah dirancang hanya dapat menangani kenaikan 1,5 kali dari BOD semula.
Kata Kunci : Anaerobik digester; Biooksidasi aerobik; Kelapa sawit; Limbah

## Abstract
Indonesia is the largest palm oil-producing country in the world. The need for processed palm oil products increases every year, and the waste produced will also increase. Waste from the palm oil industry contains high levels of organic matter and has the potential to damage the environment. The usual processing method for processing palm oil waste is a pond system. This system is simple but requires quite a long processing time. This research will examine the use of anaerobic digesters and aerobic bio-oxidation to reduce pollution levels in waste such as BOD, COD, TSS, and oil/fat content. This research includes the design and simulation process of palm oil waste processing. The design was carried out based on waste discharge of 18 m 3 /hour, temperature 70°C, pH 4.3, TSS 4000 mg/l, BOD 22,500 mg/l, COD 30,500 mg/l,  total  nitrogen  550  mg/l,  and  oil/fat  content  of  900  mg/l.  Simulations  were  carried  out  with  variations  in increasing waste content such as BOD and COD, TSS, and oil/fat to see the performance of the waste processing that had been designed. From this research, a palm oil waste processing design was obtained that was able to meet waste quality standards in a shorter time compared to conventional processes. The designed process is capable of processing waste with increases in COD, TSS, and oil and fat up to 2 times the original value. Meanwhile, for the rise in BOD, the process that has been designed can only handle an increase of 1.5 times the original BOD.
Keywords : Aerobic bio-oxidation; Anaerobic digester; Palm oil; Waste

## 1. PENDAHULUAN
Indonesia menghasilkan 36 juta ton crude palm oil (CPO)  pada  tahun  2017  (Iskandar  et  al.,  2018)  dan produksi ini akan terus berkembang setiap tahunnya. Pada  tahun  2020,  Indonesia  memiliki  640  pabrik kelapa  sawit  dengan  total  13  juta  hektar  yang dialokasikan untuk lahan perkebunan sawit   (Said et al.,  2019).  Kebutuhan  produk  kelapa  sawit  terus meningkat di mana sebagian besar digunakan sebagai produk  pangan,  dan  sisanya  digunakan  untuk kosmetik,  sabun,  cat,  dan  sebagainya.  Program pemerintah Indonesia untuk mengoptimalkan penggunaan biodiesel juga akan semakin meningkatkan  kebutuhan  akan  minyak  kelapa  sawit. Setiap ton CPO yang diproduksi akan menghasilkan 3,5 ton  limbah  minyak  sawit  atau palm  oil  mill  effluent (POME) (Wan Sharifudin et al., 2015).
Gambar 1. Tren produksi CPO di ASEAN (Iskandar et al., 2018)
Limbah cair dari industri minyak sawit merupakan limbah  berbau  yang  dikategorikan  tidak  beracun. Tetapi  dengan  tingginya  kandungan  organik  pada limbah tersebut dapat menimbulkan pencemaran, dan dapat  merusak  lingkungan  pada  tempat  limbah tersebut  dibuang  (Paramitadevi,  2017).  Kandungan organik  yang  tinggi  ini  dapat  dikuantifikasi  dengan kadar BOD dan COD yang nilainya sangat besar (Lok et al., 2020). Selain nilai BOD dan COD yang tinggi, POME juga  mengandung  kadar  minyak/lemak  yang  tinggi (Wan Sharifudin et al., 2015).
Pengolahan  limbah  minyak  kelapa  sawit konvensional  menggunakan  sistem  kolam  ( ponding ). Metode  ini  membutuhkan  waktu  lama  sehingga  tidak efisien. Penelitian tentang pengolahan limbah sawit ini sudah  dilakukan  oleh  peneliti  lain.  Penelitian  oleh Yacob et al., (2006) dan Adela et  al., (2014) mengkaji penggunaan proses anaerobik dalam mengolah sawit. Produksi  biogas  juga  diteliti  pada  studi  tersebut. Penelitian  yang  dilakukan  oleh  Lok  et  al.,  (2020) menggunakan  kombinasi  antara  proses  aerobik  dan anaerobik  untuk  menurunkan  kandungan  COD  pada limbah.  Penelitian  Bakar  et  al.,  (2022)  mengkaji penggunaan fermentasi untuk menurunkan kandungan BOD,  COD,  dan  TSS  pada  limbah.  Penelitian  ini mempelajari  penggunaan  proses  anaerobik  dan
aerobik untuk menurunkan parameter limbah seperti BOD,  COD,  TSS,  dan  kandungan  minyak/lemak  pada limbah kelapa sawit yang dijumpai di Indonesia dengan memanfaatkan perangkat lunak. Penelitian ini meliputi desain proses pengolahan limbah untuk mendapatkan spesifikasi limbah yang memenuhi baku mutu. Simulasi juga  dilakukan  untuk  melihat  kinerja  proses pengolahan limbah akibat adanya kenaikan parameter limbah.

## 2. BAHAN DAN METODE
Limbah minyak kelapa sawit yang digunakan pada penelitian  ini menggunakan  data  dari  PT  Perkebunan Nasional VIII, Pandeglang (Rahardjo, 2005). Komposisi limbah ini juga memiliki kemiripan dengan komposisi limbah  yang  dipaparkan  oleh  Paramitadevi  (2017). Parameter uji limbah ini disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Parameter uji limbah kelapa sawit (Paramitadevi, 2017) Parameter Nilai Debit limbah (m 3 /jam) 18 Temperatur (°C) 70 pH 4,3 TSS (mg/l) 4.000 BOD(mg/l) 22.500 COD (mg/l) 30.500 Nitrogen (mg/l) 550 Minyak/lemak (mg/l) 900
Penelitian  ini  terdiri  dari  3  tahap  yaitu  desain proses  pengolahan  limbah,  validasi,  dan  simulasi. Penelitian  ini  memanfaatkan  perangkat  lunak SuperPro Designer v.13
2.1 Desain Proses Pengolahan Limbah Proses pengolahan limbah terdiri dari pretreatment dan pengolahan utama. Pada pretreatment terdiri dari tangki pemisahan minyak dan pendinginan (Gambar 2). Sedangkan pada pengolahan utama terdiri dari anaerobic digestion dan aerobic bio- oxidation (Gambar 3). Pada  tangki  pemisahan  minyak  ( oil  separation tank )  terjadi  proses  penghilangan  minyak  yang terdapat  dalam  limbah.  Kedalaman  tangki  yang digunakan  pada  penelitian  ini  adalah  3  ft  sesuai rekomendasi dari API. Pendinginan limbah menggunakan  menara  pendingin  dengan  bantuan udara. Udara yang digunakan berada pada temperatur 30°C dengan kelembapan relatif 60%. Rasio laju alir gas dengan  cairan  (L/G)  yang  digunakan  pada  penelitian ini  sebesar  0,45  dengan water  loading sebesar  5 gal/min.ft 2 .  Target  pendinginan  yang  dicapai  yaitu 38°C.  Pada  simulasi  ini,  reaksi  yang  terjadi  dalam anaerobic digester disajikan dalam Tabel 2 sedangkan reaksi pada aerobic bio-oxidation disajikan dalam Tabel
3.  Jenis  inokulum  pada anaerobic  digester menggunakan database simulator yang digunakan.
Tabel 2. Reaksi dalam anaerobic digester Komponen Reaksi Karbohidrat C 6 H 10 O 5 + H 2 O → 3CH 4 + 3CO 2 (1) Protein C 16 H 24 O 5 N 4 + 14,5H 2 O →
8,25CH 4 + 3,75CO 2 + 4NH 4+ +4HCO 3-
(2)
Lemak C 50 H 90 O 6 + 24,5H 2 O → 34,75CH 4 + 15,25CO 2 (3)
Tabel 3. Reaksi dalam aerobic bio-oxidation Komponen Reaksi Karbohidrat C 6 H 10 O 5 + 6O 2 → 6CO 2 + 5H 2 O (4)
Protein C 16 H 24 O 5 N 4 + 16,5O 2 → 16CO 2 + 6H 2 O + 4NH 3 (5)
Lemak C 50 H 90 O 6 +  69,5O 2 → 50CO 2 + 45H 2 O (6)

## 2.2 Validasi
Validasi  dilakukan  dengan  membandingkan  hasil yang  diperoleh  penelitian  ini  dengan  hasil  literatur. Validasi dilakukan pada anaerobic digester dan aerobic bio-oxidation . Variabel yang diamati adalah persentase pemisahan  yang  dihasilkan  (%- removal )  untuk  nilai beban  organik,  waktu  tinggal  dan  dimensi  alat  yang sama.

## 2.3 Simulasi
Simulasi  dilakukan  dengan  memvariasikan parameter  limbah  yang  digunakan.  Variabel  yang diubah  yaitu  BOD,  COD,  TSS,  dan  kandungan minyak/lemak.  Simulasi  dilakukan  dengan  kenaikan 25, 50, 75, dan 100% menggunakan sistem pengolahan limbah yang telah dirancang. Limbah yang diolah akan
dibandingkan  dengan  baku  mutu  limbah  yang ditetapkan oleh Permen LH No. 5 tahun 2014 mengenai baku mutu air limbah bagi industri minyak sawit (Tabel 4).
Tabel 4. Baku mutu limbah cair minyak kelapa sawit Parameter Kadar Maksimum TSS (mg/l) 250 BOD(mg/l) 100 COD (mg/l) 350 Minyak/lemak (mg/l) 25 Nitrogen (mg/l) 50 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Perancangan dan Validasi
Berdasarkan  proses  pengolahan  limbah  yang dirancang,  pemisahan  minyak/lemak  pada  tangki pemisah  ( oil  separation  tank )  bisa  mencapai  89,12%. Rasio  laju  alir  limbah  dan  udara  pengering  dijaga sebesar 0,455 untuk menghindari adanya pembentukan  kabut  yang  bisa  mempengaruhi  suhu sebelum memasuki proses anaerob dan aerob.
Pada  unit aerobic  bio-oxidation dan anaerobic digester dilakukan  validasi  untuk  membandingkan hasil penelitian ini dengan literatur. Tujuannya adalah untuk mengetahui apakah perancangan yang dilakukan pada  penelitian  ini  sudah  valid  atau  belum.  Pada aerobic  bio-oxidation dilakukan  perbandingan  %- removal  COD  untuk  beberapa  variasi  laju  beban organik (OLR) dan waktu tinggal (HRT). Perbandingan hasil  perancangan aerobic  bio-oxidation pada penelitian ini dengan literatur disajikan dalam Tabel 5.
Dari Tabel 5 terlihat jika untuk laju beban organik dan  waktu  tinggal  yang  sama,  %- removal yang diperoleh penelitian  ini  sudah  menyerupai  hasil  yang diperoleh  oleh  literatur.  Demikian  juga  pada  unit anaerobic  digester .  Pada  penelitian  ini  diperoleh
Gambar 2 Proses Pretreatment
Gambar 3 Anaerobic digestion dan aerobic bio-oxidation
penghilangan sebesar 84,14% sedangkan  (Chan et al., 2020)  memperoleh  penghilangan  sebesar  85%. Berdasarkan  perbandingan  hasil  pada  kedua  unit tersebut  bisa  disimpulkan  bahwa  perancangan  pada penelitian ini telah valid karena telah mendapatkan %- removal yang sudah menyerupai hasil dari literatur.
Tabel 5. Validasi unit aerobic bio-oxidation OLR
(COD/m 3 hari) HRT (hari) %- removal Penelitian Ini Literatur 5,09 10 67,04 68 (Chotwattanasak & Puetpaiboon, 2011) 5,45 11 71,66 71,6 (Chan et al., 2020) 13,25 10 66,21 67,5 (Pechsuth et al., 2001)
Setelah  proses  desain  selesai  dilakukan,  maka parameter  baku  mutu  limbah  dibandingkan  dengan peraturan  yang  berlaku.  Perbandingan  antara  efluen limbah akhir pada penelitian ini dengan standar baku mutu  yang  berlaku  di  Indonesia  untuk  limbah  kelapa sawit  tersaji  pada  Tabel  6.  Pada  penelitian  ini menggunakan  HRT  sebesar  4,1  hari  dan  OLR  sebesar 9,5 COD/m 3 hari.
Tabel 6. Perbandingan efluen limbah dengan baku mutu limbah Parameter Efluen Limbah (Penelitian Ini) Baku Mutu TSS (mg/l) 181,61 250 BOD(mg/l) 63,86 100 COD (mg/l) 86,56 350 Minyak/lemak (mg/l) 11,66 25 Nitrogen (mg/l) 1,02 50
Pada  Tabel  6  di  atas  dapat  dilihat  bahwa  setiap parameter uji pada limbah telah berada di bawah nilai baku  mutu  yang  ditetapkan  oleh  Permen  LH  No.  5 Tahun  2014,  maka  proses  pengolahan  limbah  yang telah  dirancang  mampu  menghasilkan  efluen  limbah yang aman untuk dibuang ke lingkungan.

## 3.2 Simulasi
Setelah  proses  desain  unit-unit  proses  pada pengolahan  limbah  kelapa  sawit  ini  dilakukan, penelitian  ini  dilanjutkan  dengan  memvariasikan parameter limbah seperti kadar BOD, COD, TSS, serta kadar  minyak/lemak.  Simulasi  ini  dilakukan  dengan pertimbangan kandungan limbah yang bisa mengalami fluktuatif,  sehingga  serangkaian  unit  yang  telah didesain perlu ditinjau kinerjanya apakah masih dapat mengolah limbah yang mengalami fluktuasi ini hingga mencapai  baku  mutu  yang  telah  ditetapkan.  Pada penelitian ini, variabel akan dinaikkan sebesar 25, 50,
75,  dan  100%.  Efluen  limbah  yang  dihasilkan  pada setiap kenaikan parameter tersebut akan dibandingkan dengan baku mutu limbah. Hasil simulasi untuk variasi keempat parameter disajikan dalam Gambar 4 sampai 7.
Gambar 4. Hasil simulasi kenaikan COD
Gambar 5. Hasil simulasi kenaikan BOD
Dari ke-empat simulasi yang telah dilakukan dapat dilihat  dengan  kenaikan  parameter  limbah  maka kandungan  yang  terdapat  dalam  efluen  limbah  juga akan meningkat. Hal ini dapat disebabkan oleh ukuran alat dan waktu tinggal yang digunakan konstan. Dengan waktu tinggal yang konstan maka kenaikan parameter limbah  akan  meningkatkan  efluen  limbah  yang dihasilkan.
Gambar 6. Hasil simulasi kenaikan TSS
0 50 100 150 200 CO D Kenaikan COD 25% 50% 75% 100% 0 50 100 150 B O D Kenaikan BOD 25% 50% 75% 100% 180 185 190 195 T SS Kenaikan TSS 25%
50% 75% 100%
Gambar 7. Hasil simulasi kenaikan kandungan minyak
Hubungan  antara  COD  awal  dengan  persentase penghilangan  COD  (COD removal )  disajikan  dalam Gambar 8.
Gambar 8. Hubungan antara COD mula-mula dengan COD removal
Pada  simulasi  kenaikan  COD,  TSS dan  kandungan minyak/lemak,  sistem  pengolahan  limbah  yang  telah dirancang  mampu  menangani  kenaikan  parameter hingga 2 × lipat. Hal ini terlihat dari COD efluen limbah yang masih di bawah 350 mg/l, nilai TSS di bawah 250 mg/l dan kandungan minyak/lemak di bawah 25 mg/l. Untuk  kenaikan  BOD,  sistem  ini  hanya  mampu menangani  kenaikan  hingga  50%.  Hal  ini  disebabkan nilai  BOD  yang  sudah  mendekati  baku  mutu  limbah bahkan sebelum dilakukan variasi kenaikan BOD.  Jika sistem  pengolahan  limbah  ini  ingin  ditingkatkan  agar mampu menangani kenaikan limbah hingga 2 kali lipat maka  perancangan  unit aerobic  bio-oxidation dan anaerobic digester harus dilakukan perubahan seperti peningkatan  dimensi  alat  dan  waktu  tinggal  serta meningkatkan  pasokan  oksigen  pada aerobic  bio- oxidation .

## 4. KESIMPULAN
Sistem  pengolahan  limbah  kelapa  sawit  untuk menghasilkan  efluen  limbah  yang  memenuhi  baku mutu  yang  ditetapkan  pemerintah  telah  dirancang. Pengolahan  limbah  terdiri  dari  proses  pemisahan minyak,  pendinginan, anerobic  digester ,  dan aerobic bio-oxidation .  Desain  yang  telah  dilakukan  mampu menghasilkan  efluen  limbah  yang  memenuhi  baku mutu  limbah.  Studi  tentang  kapabilitas  sistem pengolahan  limbah  dalam  menangani  kenaikan parameter  limbah  juga  telah  dilakukan.  Kenaikan parameter  COD,  TSS,  dan  kandungan  minyak/lemak
hingga  100%  masih  bisa  ditangani  oleh  sistem  yang dirancang.  Sedangkan  untuk  kenaikan  BOD  hanya mampu  ditangani  hingga  kenaikan  50%.  Pengolahan limbah  ini  akan  menghasilkan  biogas  dengan  jumlah cukup  besar.  Pada  studi  ini,  biogas  tersebut  belum menjadi  bahan  kajian.  Penelitian  lebih  lanjut  tentang pengolahan  biogas  yang  dihasilkan  dari  proses pengolahan limbah ini sangat diperlukan.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Adela,  B.  N.,  Muzzammil,  N.,  Loh,  S.  K.,  &  Choo,  Y.  M. (2014).  Characteristics  of  palm  oil  mill  effluent (POME)  in  an  anaerobic  biogas  digester.  Asian Journal  of  Microbiology,  Biotechnology  and Environmental Sciences Paper, 16(1), 225 – 231. Bakar, N. A. S. A., Khuzaini, N. A., & Baidurah, S. (2022). Co-fermentation  involving  Lysinibacillus  sp.  and Aspergillus flavus for simultaneous palm oil waste treatment and renewable biomass fuel production. AIMS Microbiology, 8(3), 357.
Chan, Y. J., Hue, F. S., Chong, M. F., Ng, D. K. S., & Lim, D. L.  K.  (2020).  Pre-commercialized  integrated anaerobic-aerobic  bioreactor  (IAAB)  for  palm  oil mill effluent (POME) treatment & biogas generation. Journal  of  Oil  Palm,  Environment  and  Health (JOPEH), 11.
Chotwattanasak, J., & Puetpaiboon, U. (2011). Full scale anaerobic  digester  for  treating  palm  oil  mill wastewater.  Journal  of  Sustainable  Energy  & Environment, 2, 133 – 136.
Iskandar, M. J., Baharum, A., Anuar, F. H., & Othaman, R. (2018). Palm oil industry in South East Asia and the effluent treatment technology — A review. Environmental  Technology  &  Innovation,  9,  169 – 185.
Lok, X., Chan, Y. J., & Foo, D. C. Y. (2020). Simulation and optimisation  of  full-scale  palm  oil  mill  effluent (POME)  treatment  plant  with  biogas  production. Journal of Water Process Engineering, 38, 101558. Paramitadevi,  Y.  V.  (2017).  Technical  problems  of wastewater  treatment  plant  in  crude  palm  oil industry A case study in PT Socfin Indonesia-Kebun Sungai Liput, Nang groe Aceh Darussalam Province. IOP  Conference  Series:  Earth  and  Environmental Science, 65(1), 12048.
Pechsuth,  M.,  Prasertsan,  P.,  &  Ukita,  M.  (2001).  High rate  anaerobic  treatment  of  palm  oil  mill  effluent. Songklanakarin J. Sci. Technol, 23, 779 – 787. Rahardjo, P. N. (2005). Permasalahan Teknis Instalasi Pengolahan  Air  Limbah  Pabrik  Minyak  Kelapa Sawit. Jurnal Air Indonesia, 1(1).
Said,  M.,  Rayahu,  R.  M.,  Yuliani,  A.  Dela,  &  Faizal,  M.
(2019).  Aerobic  treatment  of  POME  with indigeneous  individual  and  consortium  bacteria. IOP  Conference  Series:  Materials  Science  and Engineering, 620(1), 12021.
Wan  Sharifudin,  W.  S.  S.  A.,  Sulaiman, A.,  Mokhtar,  N., Baharuddin,  A.  S.,  Tabatabaei,  M.,  Busu,  Z.,  & Subbian,  K.  (2015).  Presence  of  Residual  Oil  in Relation  to  Solid  Particle  Distribution  in  Palm  Oil Mill Effluent. BioResources, 10(4).
Yacob,  S.,  Hassan,  M.  A.,  Shirai,  Y.,  Wakisaka,  M.,  &
0 5 10 15 20 25 K and ung an M in ya k Kenaikan Minyak 25% 50% 75% 100%
y = 0,0001x 2 - 0,0005x + 0,9976 R² = 0,9957 99,69% 99,70% 99,71% 99,72% 100% 150% 200% CO D R em ov al (% ) COD (%)
Subash,  S.  (2006).  Baseline  study  of  methane emission  from  anaerobic  ponds  of  palm  oil  mill effluent  treatment.  Science  of  the  Total Environment, 366(1), 187 – 196.