## KARAKTERISTIK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT DALAM BIOREAKTOR CIGAR SEMI KONTINU

## CHARACTERISTIC OF PALM OIL MILL WASTE WATER TREATMENT USING SEMICONTINUE ANAEROBIC CIGAR BIOREACTOR
Oleh: Shintawati 1) ,  Udin Hasanudin 1) , Agus Haryanto 2)
1) Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung. Jl. Soemantri Bojonegoro, No. 1, Bandar Lampung 35145. Email : shintawatisatria@gmail.com
2) Jurusan Teknik Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung. Jl. Soemantri Bojonegoro, No. 1, Bandar Lampung 35145
Naskah ini diterima pada 28 Februari 2017; revisi pada 20 April 2017; disetujui untuk dipublikasikan pada 15 Juni 2017

## ABSTRACT
Palm oil mill effluent (POME) waste water contains high consentration of organic pollutants. Anaerobic treatment is suitable to reduce the pollutans and also produce methane as one of renewable energy sources. Anaerobic degradation is complicated and sensitive process to the environtment, such as temperature and organic consentration. This study aims to determine characteristic of palm oil mill waste water treatment using semicontinue anaerobic CIGAR bioreactor. The seed was collected from sludge of anaerobic pond at POME treatment facility of PTPN VII Bekri. The substrat used in this experiment was fresh POME from the same mill. Initially, 4,375m 3 of sludge was introduced into the bioreactor. The seed was acclimatized at a loading rate of 50 l/day for about a week. Anaerobic treatment was conducted at room temperature and the substrat was fed semicontinuelly at a loading rate of 100 to 350 liter/day. Results showed, that the stability of anaerobic degradation was achieved at an organic loading rate (OLR) of 0,9-3,11 kg/m 3 /day with COD removal more than 90% and maximum biogas production of 2,59 m 3 /day.
Keywords : palm oil mill effluent, anaerobic bioreactor, COD removal, biogas.

## I. PENDAHULUAN
Proses pengolahan tandan buah segar (TBS) kelapa sawit menjadi minyak sawit kasar atau CPO ( crude palm oil ) memerlukan air banyak, mencapai 1 - 2 m 3 /ton TBS. Oleh karena itu pabrik  pengolahan  kelapa  sawit  juga menghasilkan limbah cair pabrik minyak kelapa sawit (LCPKS) yang besar. Pabrik yang efisien menghasilkan LCPKS antara 0,6 – 0,7 m 3 /ton TBS (Simanjuntak, 2009). Pabrik yang tidak efisien bisa menghasilkan LCPKS antara 1,0 m 3 /ton TBS (Rahayu dkk., 2015). Rendemen CPO sebagai produk utama biasanya kurang dari 25% dari TBS. Karena itu, setiap ton CPO yang diproduksi akan menghasilkan LCPKS antara 2,5–3,0 m 3 . LCPKS berwarna  coklat pekat, kental, tinggi kandungan organik, mengandung unsur hara yang dibutuhkan tanaman (Naibaho,1998) dan
memiliki bau yang tidak memenuhi estetika (Ibrahim,  2009;  Bala et  al .,  2015).  Tanpa pengolahan  yang  baik  LCPKS  berpotensi mencemari  lingkungan  berupa  penurunan kualitas perairan, penurunan kualitas udara dan penurunan kualitas air tanah.
Industri minyak kelapa sawit kasar di Provinsi Lampung melakukan pengolahan limbah cair secara anaerobik konvensional. Pada umumnya pengolahan LCPKS  dilakukan menggunakan serangkaian kolam-kolam terbuka yang diikuti dengan aplikasi di lahan (land application) atau kolam  aerob  (Hasanudin et  al .,  2015). Pengolahan anaerobik konvensional  memiliki waktu tinggal yang panjang yaitu 20-200 hari (Bala et al ., 2014; Poh and Chong, 2009), lahan yang luas serta  pengumpulan dan pemanfaatan gas CH 4 sulit untuk dilakukan (Yejian et al ., 2008).
Karakteristik pengolahan limbah.... (Shintawati, Udin H, dan Agus H)
Dari kolam anerobik gas metana (CH 4 ) akan lepas.  Gas CH 4 memiliki dua sisi yang berbeda yaitu sebagai sumber energi terbarukan serta sebagai salah satu senyawa gas rumah kaca (GRK). Potensi GRK gas CH 4 adalah 21 kali dari potensi GRK gas CO 2 . Gas ini dapat ditangkap dengan  cara  melakukan  penutupan  kolam. Pemanfaatan biogas pada pabrik minyak kelapa sawit kasar berdampak  berkurangnya emisi GRK secara signifikan (Vijaya, 2010).
Salah satu cara pengolahan limbah cair pabrik minyak  kelapa  sawit  yang  lebih  ramah lingkungan adalah pengolahan anaerobik dalam tangki bioreaktor tertutup. Pengolahan limbah secara anaerobik peka terhadap kondisi sekitar seperti temperatur, pH dan  seringkali mengalami kegagalan.  Jenis  bioreaktor  dan  metode operasional  pengolahan  anaerobik  juga menentukan keberhasilan dan keberlangsungan proses  pengolahan.  Hingga  tahun  1998  di Amerika Serikat kegagalan sistem pengolahan anaerobik  untuk  reaktor  CSTR  ( completely stirred  tank  reactor )  dan  reaktor plug-flow masing-masing mencapai 70 dan 63% (Labatut, 2014).
Penguraian anaerobik merupakan proses yang kompleks dan sangat dipengaruhi oleh kondisi lingkungan selama berlangsungnya penguraian. Salah  satu  faktor  yang  memicu  kegagalan operasional  pengolahan  limbah cair  secara anaerobik adalah tingginya beban organik yang diumpankan. Tingginya konsentrasi substrat mengakibatkan penumpukan asam-asam volatil yang  berdampak  menurunkan  pH  sistem. Penurunan pH sistem mengakibatkan bakteri metanogenik yang bekerja pada pH 6,5-7,8, tidak dapat  bekerja  secara  optimal  untuk mengkonversi asam asetat menjadi gas metana. Penurunan pH  hingga 6,5 dapat mengakibatkan kegagalan  proses  secara  keseluruhan. Sebaliknya, pengumpanan substrat dalam jumlah sedikit membutuhkan waktu yang lama untuk mengkonversi senyawa organik serta volume bioreaktor yang besar (Abdurahman dan Azhari, 2013), meskipun efisiensi degradasi senyawa organik menjadi tinggi.  Peningkatan laju volume LCPKS yang diumpankan ke bioreaktor juga dapat mengakibatkan jumlah mikroba keluar bioreaktor  melebihi  pertumbuhan mikroba dalam bioreaktor ( wash out ). Kejadian wash out
akan  menurunkan  intensitas  kontak  antara substrat  dan  mikroba  sehingga  dapat mengganggu  stabilitas  degradasi  anaerob. Dibandingkan  metode  batch,  pengumpanan substrat secara semikontinu dapat mengolah substrat  dengan  konsentrasi  tinggi  dimana substrat  diumpankan  secara  bertahap. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mempelajari karakteristik pengolahan limbah cair pabrik minyak kelapa sawit dalam bioreaktor tertutup dengan pengumpanan semi-kontinyu.

## II. BAHAN DAN METODE

## 2.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Juni sampai bulan Desember 2015 di Laboratorium Limbah, Jurusan Teknologi  Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung.

## 2.2 Bahan dan Alat
Bahan yang  digunakan dalam  penelitian ini adalah lumpur anaerobik dari kolam ke-2 dan limbah segar dari kolam pertama setelah cooling pond PTPN VII Unit Usaha Bekri Kecamatan Bekri Kabupaten Lampung Tengah. Bahan kimia untuk analisa meliputi aquades, K 2 Cr 2 O 7 , H 2 SO 4 pekat, HgSO 4 , Ag 2 SO 4 , tissue, gas nitrogen, gas hydrogen, gas helium.
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah seperangkat bioreaktor dengan kapasitas 5m 3 ,  tangki 5 m 3 , pH meter HM-20P, neraca analitik, desikator, furnace model EPTR-13K, gas meter,  sampler  bag,  seperangkat  alat  gas chromatography  (GC)-2010AF  Shimadzu, cawan porselen, sentrifuga, reactor unit DRB 200,  HACH  Spektrofotometri  DR/4000U, Erlenmeyer, gelas ukur, gelas beker, labu takar, spatula, pinset, penjepit, pipet mikro, pipet tetes, botol semprot, sarung tangan dan masker.

## 2.3 Pelaksanaan Penelitian
Bioreaktor  anaerobik  tertutup  atau  CIGAR ( covered inside the ground anaerobic reactor ) memiliki kapasitas 5 m 3 dengan volume kerja 4,375m 3 (Gambar  1).  Bioreaktor  CIGAR  ini dibuat dari fiber glass dengan konstruksi dasar berbentuk miring. Bioreaktor dilengkapi dengan gas flowmeter. Limbah cair segar diperoleh dari pabrik pengolahan kelapa sawit PTPN VII Bekri, ditampung dalam tangki dengan volume 5m 3 .
Sebelum diumpan ke bioreaktor, limbah cair segar disirkulasi selama 1 jam untuk memperoleh kondisi limbah cair yang homogen. Tahapan pelaksanaan penelitian disajikan pada Gambar 1. a. Aklimatisasi Mikroba. Tahap ini dimulai dengan pengambilan lumpur anaerobik dari kolam anaerobik PTPN VII Bekri. Mula-mula, lumpur anaerobik sebanyak 4 m 3 dimasukkan ke dalam bioreaktor. Selanjutnya, setiap hari dialirkan LCPKS segar yang telah disirkulasi  sebanyak  50  liter/hari. Pengumpanan  LCPKS dengan  beban  rendah dilakukan agar mikroba mengalami aklimatisasi. Hal ini dilakukan selama sekitar satu minggu. b. Perlakuan Variasi Laju Beban Organik dan Pengamatan . Mulai  hari  ke-6,  laju  pengumpanan  LCPKS dinaikkan secara bertahap dari 200 hingga 350 l/hari. Seperti tahap sebelumnya, limbah segar juga  disirkulasi  selama  1  jam  sebelum diumpankan.  Satu  minggu  sekali dilakukan sirkulasi dengan memompakan lumpur dibagian
Gambar 1. Design Bioreaktor Anaerobik 5m 3 Skala Pilot dasar bioreaktor ke bagian inlet. Pengamatan pH air limbah dan produksi biogas dilaksanakan harian, sementara COD, TSS dan VSS dianalisa dua kali seminggu.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1  Karakteristik  Limbah    Cair  Pabrik Minyak Kelapa Sawit
Limbah cair pabrik minyak kelapa sawit bersifat panas (di atas temperatur ruang), berwarna coklat,  kental  dan  memiliki  bau  yang  khas. Karakteristik limbah cair pabrik minyak sawit diberikan pada Tabel 1. Karakteristik LCPKS yang digunakan dalam penelitian ini tidak jauh berbeda dari yang dilaporkan Ibrahim (2012) dari Malaysia. Tetapi nilai COD dan TSS jauh lebih rendah dari yang dilaporkan oleh Choorit dan Wisarnwan (2007) dari Thailand. Perbedaan skala  dan  teknologi  yang  digunakan  dalam pengoperasian  pabrik  menjadi  faktor penyebabnya.
Tabel 1. Karakteristik LCPKS yang digunakan dalam penelitian dan perbandingannya dengan LCPKS lain. Karakteristik Nilai Penelitian ini Thailand* Malaysia** pH 4,65-4,98 4,24-4,66 5,32 COD (mg/L) 57.000-60.400 95.465-112.023 50.500 TSS (g/L) 0,23-5,44 44,68-47,14 4,007 VSS (g/L) 0,17-4,23 - 3,66 *) Choorit dan Wisarnwan (2007) **) Ibrahim (2012)
Karakteristik pengolahan limbah.... (Shintawati, Udin H, dan Agus H)
Nilai VSS pada penelitian ini berkisar antara 0,174- 4,232 g/l. Padatan dalam VSS outlet juga mencakup mikroba yang terdapat  pada  aliran keluar air limbah, sehingga parameter VSS dapat mewakili konsentrasi  mikroba  dalam  bioreaktor (Tchobanoglous, 2003). Selisih konsentrasi TSS terhadap  konsentrasi  VSS  yang  relatif  kecil, berkisar 1,21-0,026 g/l, menunjukkan rendahnya fraksi tidak mudah terbakar dalam limbah cair pabrik minyak kelapa sawit.

## 3.2 Aklimatisasi Mikroba
Gambar 2 menunjukkan pada hari kedua hingga hari kelima dengan pengumpanan air limbah 50 liter/hari, bioreaktor mampu menghasilkan biogas dengan laju relatif konstan yaitu 0,48-0,51 m 3 /hari. Hari ke-6 hingga ke-9 dilaksanakan peningkatan volume umpan air limbah, yaitu 200 s.d 258 liter/ hari. Peningkatan volume umpan diikuti dengan peningkatan produksi biogas yaitu 0,556-0,816 m 3 /hari. Hari ke-11 peningkatan volume umpan menjadi 364 liter/hari mengakibatkan produksi
Gambar 2. Pengaruh laju pembebanan terhadap produksi biogas pada tahap aklimatisasi mikroba anaerobik
biogas  menurun.  Hari  ke-12  hingga  ke-18 pengumpanan  volume umpan limbah cair kembali ke 50 liter/hari, biogas yang dihasilkan relatif stabil, yaitu berkisar 0,43-0,61 m 3 /hari. Pada volume umpan 364 liter/hari wash out , keluarnya  mikroba  dari  bioreaktor  belum terjadi.  Produksi  biogas  hari  ke-11  yang mengalami penurunan akibat pengumpanan 350 l/hari dan kembali normal pada hari ke-13 saat  pengumpanan  50  l/hari,  hal  ini menunjukkan  mikroba  anaerobik  dalam bioreaktor  cepat  beradaptasi  terhadap perubahan  volume  umpan.  Gambar  2 memperlihatkan  salah  satu  kelebihan  dari metode  semi  kontinu  adalah  dapat mengendalikan proses yang diakibatkan oleh tingginya konsentrasi substrat.

## 3.3  Pengaruh  OLR  terhadap  Kestabilan Proses
Gambar 3 menunjukkan pH inlet limbah cair berkisar 4,65-4,98. pH inlet yang relatif konstan
Gambar 3. Pengaruh OLR terhadap nilai pH proses anaerobik dalam bioreaktor
menunjukkan tidak adanya aktifitas mikroba dalam bak penampung limbah cair yang akan diumpankan. pH air limbah pada outlet yang berkisar  7,00-7,92,  menunjukkan  aktifitas metanogenik yang baik dalam bioreaktor. Salah satu indikator kestabilan proses pengolahan anaerobik  adalah  derajat  keasaman  (pH) (Hasanudin,  1993).  Nwabanne  and  (2012) menyatakan pH 6,6-7,8 selama proses anaerobik menunjukkan kecukupan alkalinitas dari media dalam  bioreaktor  dan  aktifitas  bakteri metanogenik akan turun pada pH kurang dari 6,5.
Gambar  3  juga  menunjukkan  pada  laju pembebanan organik ( organic loading rate atau OLR) 3,11 kg/m 3 dalam bioreaktor belum terjadi wash out yang ditandai dengan pH yang relatif konstan. Wash out merupakan kejadian dimana laju terbentuknya mikroba baru lebih kecil dari laju mikroba yang keluar bioreaktor sehingga jumlah  mikroba  dalam  bioreaktor  semakin menurun  dan  dapat  menimbulkan ketidaksatabilan proses anaerobik. Kegagalan proses  anaerobik juga dapat terjadi karena
bakteri metanogenik tidak dapat secara cepat mengkonversi hidrogen yang diperoleh dari proses acidogenik menjadi gas metana dan juga terjadi perlambatan fermentasi propionat serta butirat akibat penumpukan asam lemak volatil, yang dapat mengakibatkan kegagalan proses degradasi anaerobik (Tchobanoglous, 2003).

## 3.4  Pengaruh  OLR  terhadap  Penyisihan COD dan Produksi Biogas
Gambar 4 menunjukan bahwa pada OLR 0,9-3,2 kg/m 3 /hari rata-rata persentase penyisihan COD melebihi  90%.    Persentase  penyisihan COD maksimum mencapai 96,39% pada OLR 3,11 kg/ m 3 /hari  atau  waktu  tinggal  18  hari.  Laju penyisihan organik menunjukkan kemampuan bioreaktor mengkonversi senyawa organik per hari.  Laju  penyisihan  organik  merupakan perkalian antara laju beban organik air limbah yang diumpankan ke dalam bioreaktor terhadap %  COD  removal  rata-rata.  Peningkatan  laju penyisihan  organik  diharapkan  akan meningkatkan biogas yang dihasilkan. Tabel 2 memperlihatkan hubungan OLR terhadap laju penyisihan organik dan biogas yang dihasilkan.
Laju Beban Organik (kg.m -3 .hari -1 ) Laju Penyisihan COD (kg.m -3 .hari -1 ) Maksimum Biogas (m 3 .hari -1 ) 0,94 0,88 0,16 1,04 0,95 0,69 1,38 1,27 1,25 2,07 1,87 1,47 2,51 2,39 2,59 3,11 2,99 2,45
Gambar 4. Pengaruh OLR terhadap Penyisihan COD
Tabel 2. Laju Penyisihan Organik dan Produksi Biogas
Karakteristik pengolahan limbah.... (Shintawati, Udin H, dan Agus H)
Gambar  5  memperlihatkan  pengaruh  OLR terhadap  laju  penyisihan  organik  dan  laju produksi  biogas.  Laju  produksi  biogas maksimum pada masing-masing OLR mencapai nilai antara 0,69-2,59 m 3 /hari.
Pada OLR 3,11 kg.m -3 .hari -1 , laju produksi biogas mengalami penurunan meskipun laju penyisihan organik  meningkat   kemungkinan senyawa organik  dalam  bioreaktor  mengalami pengendapan sehingga biogas yang dihasilkan mengalami penurunan. Pengendapan senyawa organik  dapat  memperkecil  volume  kerja bioreaktor.  Salah satu cara untuk mengurangi pengendapan senyawa organik adalah dengan sirkulasi isi bioreaktor secara periodik. Pada penelitian  ini,  sirkulasi  isi  bioreaktor dilaksanakan 1 kali dalam seminggu selama 1 jam. Kelebihan  metode  pengadukan  melalui mensirkulasi  adalah investasi  peralatan  dan perawatannya  tidak  mahal. Dibutuhkan penelitian lanjut untuk mengetahui pengaruh frekuensi sirkulasi terhadap laju penyisihan organik dan  produksi biogas yang dihasilkan. Laju biogas tertinggi dihasilkan pada OLR 2,51 kg.m -3 .hari -1 yaitu 2,59 m 3 .hari -1 dengan  laju penyisihan organik 2,39 kg.m -3 hari -1 dan waktu tinggal 22 hari. Hal ini berarti lebih singkat dari waktu tinggal hidraulik sistem pengolahan dalam kolam terbuka yaitu 45-60 hari (Zinatizadeh, 2007).

## IV. KESIMPULAN
Pengolahan  LCPKS  menggunakan  kolam tertutup skala pilot dengan pengumpanan secara semi kontinyu menunjukkan kinerja yang baik.
Gambar 5. Pengaruh OLR terhadap Laju Penyisihan Organik dan Laju Produksi Biogas
Stabilitas pengolahan LCPKS tercapai pada laju pembebanan  organik  0,9-3,11  kg/m 3 /hari dengan persentase penyisihan COD lebih dari 90% dan produksi biogas maksimum mencapai 2,59 m 3 /hari.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdurahman N.H. and N.H. Azhari. 2013. Effect of Organic Loading Rate on The Performance of  UAMAS  in  Treating  POME.  Journal  of American Science, 9: 23-31.
Bala, J.D., J. Lalung, and N. Ismail. 2014. Palm Oil Mill Effluent (POME) Treatment ‘‘Microbial Communities in an Anaerobic Digester’’: A
Review. International Journal of Scientific and Research Publications , 4(6): 1-24 Bala, J.D., J. Lalung, and N. Ismail. 2015. Studies on the reduction of organic load from palm oil mill effluent (POME) by bacterial strains. International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture, 4 :1–10.
Choorit, W. and P. Wisarnwan. 2007. Effect of temperature on the anaerobic digestion of palm oil mill effluent. Electronic Journal of Biotechnology, 10(3): 376-385.
Hasanudin U. 1993. Pengolahan Limbah Cair Minyak  Kelapa  Sawit  dengan  Bioreaktor Unggun Fluidisasi Anaerobik Dua Tahap. Tesis Master . Program Studi Teknik Kimia, ITB, Bandung.
Hasanudin,  U,  R.  Sugiharto,  A.  Haryanto,  T. Setiadi, and K. Fujie. 2015. Palm  oil mill effluent treatment and utilization to ensure the sustainability of palm oil industries. Water Science and Technolology , 72(7) :1089-95.
Ibrahim, A.H., I. Dahlan, M.N. Adlan, and A.F. Dasti. 2012. Comparative study on characterization of Malaysian palm oil mill effluent. Research Journal of Chemical Sciences , 2(12): 1-5.
Labatut  R.A.  dan  C  A  Gooch,  Monitoring  of Anaerobic Digestion Process to Optimize Performance and Prevent System Failure,
Cornel University, diunduh September  2016,
Naibaho  P.M.  1998. Teknologi  Pengolahan Kelapa Sawit . Pusat Penelitian Kelapa Sawit, Medan. 306 halaman.
Nwabanne, J.T., A.C. Okoye, and H.C. Ezedinma. 2012. Kinetics of Anaerobic Digestion of palm oil mill effluent. Canadian Journal of Pure and Applied Science , 6(1) : 1877-1881.
Poh, P.E. and M.F Chong. 2009. Development of anaerobic digestion methods for pal moil mill effluent  (POME)  treatment.  Bioresources Technology, 100 : 1–9.
Sarono. 2014. Strategi Pengurangan Gas Rumah Kaca Melalui Konversi Limbah cair Pabrik Kelapa  Sawit  Menjadi  Energi  Listrik, Desertasi Doktor . Program Studi Teknologi Industri Pertanian, IPB, Bogor.
Simanjuntak, H. 2009. Studi korelasi antara BOD dengan unsur hara N, P, dan K dari limbah cair pabrik  kelapa  sawit  (PKS). Tesis  Master . Sekolah Pascasarjana, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Tchobanoglous G, F.L. Burton, and H.D. Stensel. 2003, Waste Water Engineering Treatment and Reuse,  Mc Graw Hill, Fourth Edition,
1819 halaman.
Vijaya S, A.N. Ma, dan Y.M, Choo. 2010.  Capturing Biogas : A Means to Reduce Green House Gas Emissions for the Production of Crude Palm Oil, American Journal of Geosciensce , 1 : 1-6.
Yejian, Z., Y. Li, C. Lina, L Xiuhua, M. Zhijian, and Z. Zhenjia. 2008. Start-up and operation of anaerobic EGSB reactor treating palm oil mill effluent. Journal of Environmental Sciences , 20 : 658-663.
Zinatizadeh,  A.A.L.,  A.R.  Mohamed,  M.D. Mashitah, A.Z. Abdullah, and M. H. Isa. 2007. Optimization of pre-treated palm oil mill effluent digestion in an up-flow anaerobic sludge fixed film bioreactor: A comparative study. Biochemical Engineering Journal , 35 : 226–237.
Karakteristik pengolahan limbah.... (Shintawati, Udin H, dan Agus H)