## APLIKASI PLASMA DENGAN METODA DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE (DBD)
UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT
Yulastri 1 , Ariadi Hazmi 1 , Reni Desmiarti 2
1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Andalas
2 Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri, Universitas Bung Hatta, Email : yulastri051069@yahoo.com
Abstract - The processing of palm oil into crude palm oil (CPO) produced palm oil mill effluent (POME) as  many  as  2500  l/ton  of  CPO.  POME  contains  Chemical  Oxygen  Demand  (COD)  average  of  21,280 mg/l, Biochemical Oxygen Demand (BOD) average of 34,720 mg/l, fatty oils  average of 3,075 mg/l and the average pH of 4. Wastewater treatment systems in the palm oil industry is the combination of physical processes such as sedimentation and biological processes, either anaerobic or aerobic. The weaknesses of  conventional  processing  systems  is  a  long  processing  time  (10-90  days)  and  require  extensive  land area (± 6 times the total area of the factory). This study aims to provide an alternative method for POME treatment with plasma system through  Dielectric Barrier Discharge (DBD). The results showed removal efficiency  for  COD,  BOD  and  fatty  are  53%,  55  %  and  40  %  with  the  processing  time  of  4  hours, respectively. Beside, consumed energy was 7.2 kWh/l for voltage application of 19 kV.
Abstrak - Proses  pengolahan  kelapa  sawit  menjadi  minyak  sawit  mentah  atau  Crude  Palm  Oil  (CPO) menghasilkan  limbah  cair  sawit  sebanyak  2500  l/ton  CPO.  Limbah  cair  kelapa  sawit  ini  mengandung Chemical  Oxygen  Demand  (COD)  rata-rata  sebesar  21.280  mg/l,  Biochemical  Oxygen  Demand  (BOD) rata-rata  sebesar  34.720  mg/l,  minyak  lemak  rata-rata  sebesar  3.075  mg/l  dan pH  rata-rata  sebesar  4. Sistem  pengolahan  limbah  cair  kelapa  sawit  di  industri  adalah  dengan  kombinasi  proses  fisik  seperti sedimentasi  dan  proses  biologi,  baik  secara  anaerob  atau  aerob.  Kelemahan  dari  sistem  pengolahan konvensional  adalah  waktu  pengolahan  yang  lama  (10-90  hari)  dan  membutuhkan  lahan  yang  sangat luas (± 6 kali dari luas areal pabrik). Penelitian ini bertujuan untuk memberikan alternatif pengolahan limbah  cair  kelapa  sawit  dengan  sistem  plasma  melalui  metoda  Dielectric  Barrier  Discharge  (DBD). Hasil  penelitian  menunjukan efisiensi  penghilangan  COD sebesar  53%,  BOD  sebesar  55%  dan  minyak lemak 40% dengan waktu pengolahan 4 (empat) jam. Konsumsi energi yang dibutuhkan 7,2 kWh/l untuk tegangan pembangkitan 19 kV.
Keywords: oil palm wastewater, DBD plasma, compounds organics, energy consumption

## I. PENDAHULUAN
Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik minyak  kelapa  sawit  (  PMKS)  berkisar  antara 550-670  kg/ton  tandan  buah  segar  (TBS) (Maryadi, 2006). Limbah cair kelapa sawit ini mengandung  bahan  organik  dan  anorganik yang  cukup  tinggi.  Semua  parameter  limbah cair  PMKS  berada  diatas  ambang  batas  baku mutu limbah. Jika tidak dilakukan pencegahan dan pengolahan limbah, maka akan berdampak negatif terhadap lingkungan seperti pencemaran  air  yang  mengganggu  bahkan meracuni  biota  perairan,  menimbulkan  bau, dan  menghasilkan  gas  methan  dan  CO 2 yang
merupakan  emisi  gas  penyebab  efek  rumah kaca yang berbahaya bagi lingkungan.
Berbagai  jenis  penelitian  dilaksanakan selain  bertujuan  untuk  menekan  dampak negatif limbah terhadap manusia dan lingkungan,  juga  agar  limbah  tersebut  dapat dimanfaatkan  secara  maksimal  dan  tidak menimbulkan sampah (the zero waste concept) sehingga  memberikan  nilai  tambah.  Di  antara upaya  tersebut  adalah  pengolahan  limbah  cair sawit  dengan  cara  konvensional  menggunakan kolam  anaerob  dan  aerob.  Pengolahan  dengan cara  ini  mampu  menurunkan  kadar BOD dan COD sampai 85%-95% (Rahardjo, P.N, 2009). Tetapi  proses  pengolahan  dengan  cara  ini kurang  ekonomis  karena  memerlukan  areal pengolahan  limbah  yang  luas,  timbulnya  bau,
dan  kontaminasi  air  limbah  di  daerah  sekitar kolam, membutuhkan waktu penahanan hidrolisis  yang  lama  serta  gas  metana  yang dihasilkan  tidak  dapat    dimanfaatkan  (Zuhra, 2008  ).  Untuk  mengatasi  kekurangan  metoda ini maka dicoba metoda flotasi (pengapungan) (Zuhra,  2008).  Metoda  ini  bisa  mengatasi beberapa  permasalahan  dari  metoda  anaerob, tetapi  masih  membutuhkan  areal  yang  cukup luas,  proses  yang  rumit  dan  waktu  yang  lama sampai  limbah  bisa  dialirkan  keluar  pabrik. Proses  degradasi  limbah  cair  sawit  dengan menggunakan metoda anaerob dengan membran  mampu  menghasilkan  limbah  yang lebih  jernih  dan  tanpa  meninggalkan  padatan tersuspensi  (Reni,  D.,  2001),  tetapi  semua proses  secara  biologi  ini  masih  memerlukan waktu pengolahan yang cukup lama.
Dari  beberapa  metoda  yang  sudah dilakukan  maka  penulis  akan  mencoba melakukan  penelitian  pengolahan  limbah  cair sawit  ini  dengan  teknologi  plasma  dengan metoda Dielectric  Barrier  Discharge  (DBD) . Teknologi  plasma  ini  dapat  digunakan  untuk pengolahan  limbah  cair,  padat  dan  gas (Aguierre,  P.,  1998).  Teknologi  plasma DBD mampu  menurunkan  warna ,  COD dan TSS pada limbah cair tekstil sebesar 48%, 77% dan 71%  (Hadiwidodo,  dkk.,  2009).  Teknologi plasma  merupakan  teknologi  yang  ramah lingkungan  dan  dapat  melakukan  degradasi senyawa racun (R.C, Daniel, 1996). Proses ini merupakan alternatif pengolahan untuk mengurangi  lahan,  memperpendek  waktu pengolahan dan mengurangi bau. Penelitian ini akan memanfaatkan metoda DBD sistem batch untuk mengolah limbah cair kelapa sawit.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Teknologi Plasma
Plasma merupakan gas terionisasi yang terdiri  dari  partikel  bermuatan  positif,  negatif dan  netral  dimana  energi  potensial  antara partikelnya lebih kecil dibanding energi kinetik antara partikel tersebut (Nicholson, D.R, 1983)
.  Derajat  ionisasi  bisa  dikontrol  dengan tegangan  yang  diaplikasikan.  Plasma  bisa dinyatakan sebagai fase ke empat selain cairan, padat dan gas (Putut, 2008). Variabel tegangan listrik berhubungan dengan banyaknya elektron  berenergi  yang  dihasilkan  reaktor plasma,  semakin  besar  tegangan  listrik  yang
diberikan  pada  elektroda  maka  semakin banyak  ion  dan  elektron  bebas  yang  terbentuk (A.R,  Tuhu,  2010).  Dengan  membuat  plasma dalam  air  akan  dihasilkan  berbagai  macam spesies  aktif  seperti  OH - ,  H + ,  O 3 dan  H 2 O 2 (menurut  Joshi.  dkk.,  1995,  dari  Hariadi  dkk., 2012).  Hampir  seluruh  spesies  aktif  ini memiliki tingkat oksidasi potensial yang tinggi yang berpotensi dalam menguraikan kandungan  senyawa  organik  dalam  air. Disamping  itu,  plasma  juga  menghasilkan sinar  ultraviolet  dan  gelombang  kejut  yang juga berpotensi menguraikan kandungan senyawa  organik  dalam  air  secara  signifikan (menurut Robinson dkk., 1973, dari Hazmi, A. dkk, 2012).
2.2 Reaktor  Plasma Dielectric  Barrier Discharge (DBD) Dielectric Barrier Discharge (DBD) merupa-kan  peluahan  listrik  antara  dua elektroda terpisah dengan isolator dielektrik. DBD dapat  dibuat  dalam beberapa  konfigurasi  diantaranya  tipe planar  dengan  plat  paralel  terpisah  dengan sebuah  dielektrik  silinder,  dan  planar dengan  plat  koaksial  dengan  dielektrik tabung diantara keduanya. Elektroda positif  merupakan  elektroda  jarum  dan elektroda  negatif  berupa  logam  berbentuk silinder  tabung  dan dielectric berupa tabung berbahan kaca pyrex yang berfungsi sebagi penghalang discharge . Kondisi  jarak  elektroda  pada  reaktor DBD sangat berpengaruh terhadap kualitas proses pengolahan limbah cair (Khoiriyah,A.,dkk.,  2012).  Di  sini  plasma dekat  ke  permukaan  cairan  sehingga spesies aktif yang dihasilkan bisa berinteraksi dengan cairan. Interaksi plasma  dengan  cairan  yang  menghasilkan peluahan dengan cairan itu sendiri, metoda ini  sangat  cepat  (Brugmann,  P.,dkk., 2009).  Reaktor  ini  ditunjukan  dengan gambar 2.1.
Gambar 1. Reaktor Dielectric Barrier
Discharge (Sumber: Foster,J.,dkk., 2012)

## III. METODOLOGI

## 3.1 Karakteristik dari limbah cair kelapa sawit
Limbah  cair  kelapa  sawit  yang  diteliti diambil  dari  kolam  setelah Fat-Pit PTPN  VI Kinali  Pasaman.  Karakteristik  limbah  cair tersebut ditunjukan pada tabel 3.1.
Tabel 1 Karakteristik limbah cair kelapa sawit
setelah Fat-Pit Parameter Satuan Nilai pH 3,9 BOD mg/L 251,36 COD mg/L 440,84 Minyak lemak mg/L 132,39 Oxidation-Reduction Potential (ORP) mV 162,3 Electrostatic Conductivity (EC) µS/cm 64,8 Total Dissolved Solid (TDS) mg/L 32.400

## 3.2 Percobaan
Percobaan untuk mengurangi nilai BOD, COD dan  minyak  lemak    limbah  cair  kelapa sawit  dilakukan  dengan  reaktor  plasma DBD menggunakan sistem batch. Tegangan pembangkitan plasma divariasikan dari 13 kV, 16  kV,  dan  19  kV  selama  2  jam  dan  4  jam. Reaktor plasma yang digunakan adalah berupa tabung  gelas  kimia  250  ml  yang  diisi  dengan limbah  cair  kelapa  sawit  sebanyak  75  ml. Skematik  proses  pengolahan  limbah  cair kelapa sawit dengan plasma dapat dilihat pada gambar 3.1.
Gambar 2. Proses pengolahan limbah cair kelapa sawit dengan plasma DBD
Generator  tegangan  tinggi  digunakan untuk membangkitkan tegangan plasma.
Derajat  ionisasi  plasma  dikendalikan  oleh variasi  tegangan  dari  plasma.  Elektroda  jarum yang  menghasilkan  arus  peluahan (discharge) diletakan pada jarak 5 mm dari cairan limbah. Elektroda  jarum  dihubungkan  dengan  sumber AC tegangan tinggi dan elektroda yang berupa lempeng  dihubungkan  ke ground. Tegangan dan  arus  plasma  diukur  dengan  menggunakan osiloskop  (Tektronix  TDS500)  melalui  probe tegangan  (Tektronik  P6015A)  dan  probe  arus (Tektronix  P6021A).  Perbedaan  pijar  plasma dengan  variasi  tegangan  dapat  dilihat  pada gambar 3.2.
a. Pijar plasma dengan tegangan 13 kV
b. Pijar plasma dengan tegangan 16 kV
c. Pijar plasma dengan tegangan 19 kV Gambar 3 . Pijar plasma dengan variasi tegangan

## 3.3 Metoda Pengukuran
Pengukuran  parameter BOD,  COD dan minyak  lemak  adalah  berdasarkan  standar American  Public  Health  Association untuk  air dan  limbah  cair.  Sedangkan  pengukuran parameter ORP,  EC, pH, TDS dan  suhu dianalisa menggunakan Milwaukee MI 180.

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakteristik arus peluahan Gambar 4.1 menunjukan tegangan plasma  dan  arus  peluahan  yang  terjadi  pada sudut  fasa  90 0 untuk  siklus  positif  dan  pada sudut  fasa  270 0 untuk  siklus  negatif.  Pulsa peluahan  arus  ini  akan  bertambah  dengan bertambahnya  nilai  tegangan  plasma  yang diberikan.
Gambar 4. Bentuk gelombang tegangan dan arus plasma untuk tegangan 16 kV 4.2 Profil ORP, EC, pH dan suhu
Profil ORP,  EC ,  pH  dan  suhu  dari limbah  cair  kelapa  sawit  ditunjukan  pada gambar  4.2. ORP adalah  hasil  pengukuran untuk  menentukan  tegangan  oksidasi  atau reduksi dari potensial racun dalam limbah cair. Sedangkan EC digunakan  untuk  menentukan anion  dan  kation  dalam  limbah  cair.  Pada gambar  4.2a  terlihat  bahwa ORP nilainya cendrung  bertambah  dan EC cendrung berkurang  dengan  semakin  lamanya  proses plasma dilakukan. Pada gambar 4.2b ditunjukan bahwa pH cendrung stabil dan suhu mengalami kenaikan dengan semakin lamanya proses  plasma  dilakukan.  Untuk  penelitian selanjutnya  perlu  ditambahkan  NaOH  untuk menaikan  pH  dari  limbah  setelah  proses plasma DBD.
a) b)
Gambar 5. Profil ORP dan EC(a) dan profil pH dan suhu (b)

## 4.3 Karakteristik limbah cair kelapa sawit
Tabel  4.1  menunjukan  karakteristik  dari limbah cair kelapa sawit setelah melalui proses plasma dengan reaktor DBD selama 2 jam dan 4  jam.  Hasil  yang  ditunjukan  menyatakan bahwa setelah melalui proses plasma selama 2 jam  dan  4  jam  limbah  cair  kelapa  sawit  telah mencapai  baku  mutu  limbah.  Waktu  yang diperlukan  untuk  pencapaian  baku  mutu limbah  tersebut lebih cepat dibandingkan dengan proses konvensional  aerob  dan  anaerob  yaitu  selama 40-65  hari  (Y.T.  Wu  dkk.,  2010)    dan  proses dengan system membran yaitu 1-2,2 hari (Y.T Wu dkk., 2010 dan N.H. Abdurrahman, 2011)

## 4.4 Konsumsi energi
Konsumsi  energi  dari  sistem  plasma DBD dapat dihitung dengan persamaan 4.1.
𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 = 𝑉. 𝑖. 𝑡 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 ( 𝑘𝑊ℎ 𝐿 )                       (4.1)
Dimana  V  adalah  tegangan  plasma  (kV),  i adalah arus (A), t adalah waktu dalam jam dan volume merupakan volume limbah cair kelapa sawit.  Konsumsi  energi  untuk  proses  plasma limbah  cair  kelapa  sawit  sebanyak  75  ml Tabel 2.  Karakteristik limbah cair kelapa sawit Karakteristik Sampel limbah cair setelah Fat-Pit Baku Mutu* Tegangan 13 kV 16 kV 19 kV 13 kV 16 kV 19 kV 2 jam 4 jam BOD (mg/L) 251.36 110 194.71 180.3 169.26 205.93 189.3 113.69 COD (mg/L) 440.84 250 375.5 354.19 303.65 360.15 324.71 207.84 Minyak lemak(mg/L) 132.39 30 134.02 126.88 101.43 116.45 105.88 79.1 pH 3,9 6 s/d 9 3,9 3,9 4,4 3,9 3,9 4,91
*Keputusan Menteri KLH(Kep-51/Men KLH/10/1995, Lamp. C berlaku 1 Januari 2000)
selama  2  jam  dan  4  jam  ditunjukan  pada gambar 4.3. 0 50 100 150 200 0 10 30 60 90 120 180 240 P a ra m et er Waktu (menit) ORP (mV) EC (mS) 0 5 10 15 20 25 30 35 0 10 30 60 90 120 180 240 P a ra m et er Waktu (menit) pH Suhu ( C)
Gambar 6. Konsumsi energi untuk proses plasma
Untuk proses plasma limbah cair kelapa sawit  dengan  tegangan  19  kV  dibutuhkan energi  sebesar  3,6  -7,2  kWh/L  untuk pengolahan selama 2 jam dan 4 jam.

## V. KESIMPULAN
Pengolahan  limbah  cair  kelapa  sawit dengan  metoda  plasma  DBD  bisa  dilakukan. Efisiensi  penurunan  BOD,  COD  dan  minyak lemak  bisa  ditingkatkan  dengan  kenaikan tegangan  plasma  yang  diberikan.  Konsumsi energi  yang  diperlukan  untuk  pengolahan limbah  cair  kelapa  sawit  tersebut  adalah  3,6  – 7,2  kWh/L.  Untuk  penelitian  selanjutnya pengolahan  limbah  cair  kelapa  sawit  dengan plasma DBD dapat  dikombinasikan  dengan sistem  pengolahan  limbah  lainnya  untuk mendapatkan  standar  mutu  lingkungan  yang lebih baik.

## REFERENSI
[1] A.Hazmi  et  al.,  J.  of  Engineering  and Technol. Sci., 45, No. 1, (2013), 1-8.
[2] A.R,  Tuhu,  “Pengolahan  Air  Limbah
Industri Tahu dengan Teknologi Plasma”,  Universitas  Pembangunan
Nasional Veteran Surabaya, 2010.
[3] Aguirre,P.,dkk., ”Treatment of Industrial Wastes  by  Plasma  Technology” ,  The Institution of Electrical Engineers, 1998.
[4] Foster,J.,dkk., ”Perspectives on the
Interaction  of  Plasmas  With  Liquid Water  for  Water  Purification” ,  IEEE Trans. On Plasma Science, Vol. 40, No. 5, May 2012.
[5] Hadiwidodo,  M.,  dkk., “Penurunan Warna,  COD  Dan  TSS  Limbah  Cair Industri Tekstil Menggunakan Teknologi  Dielectric  Barrier  Discharge Dengan  Variasi  Tegangan  Dan  Flow Rate Oksigen ”, Jurnal Presipitasi, Vol. 2
No. 7 September 2009.
[6] Khoiriyah, A.,dkk., ”Studi Reaktor
Plasma  DBD  Planar  to  Planar  untuk
Pretreatment Limbah Plastik Polipropilen  menjadi  Bahan  Bakar Cair”, Jurnal  Teknologi  Kimia  dan Industri Vol 1,  No 1, 2012.
[7] Maryadi, ”Analisis  Ekonomi  Pemanfaat- an  Limbah  Cair  di  Kebun  Sawit  Sei. Manding  Riau”, J.Tek.Ling.  P3TL BPPT, 2006.
[8] N.H. Abdurrahman, et. al., Desalination,
266 (2011), 208-212.
[9] Nicholson,  D.R.,” Introduction to Plasma  Theory” ,  John  Wiley  &  Sons, 1983.
[10] P.  Bruggeman  and  C.  Leys, “Non- thermal  plasmas  in  and  in  contact  with liquids”, J.  Phys.  D,  Appl.  Phys. ,  vol.
42, no. 5, p. 053001, Mar. 2009.
[11] Putut,” Karakterisasi  Reaktor  Plasma CVD untuk deposisi diamond-like carbon  coating”, Universitas  negeri Semarang, 2008.
[12] R.  Desmiarti,  Thesis  Magister,  Chem. Eng.  Department  of  Institut  Teknologi Bandung, Indonesia (1999).
[13] R.C,  Daniel, ”Plasma  Technology  for Treatment  Waste” ,  Plasma  Fusion Center, Massachusetts Institute of
Technology Cambridge, USA, 1998. [14] Rahardjo,P.N, ”Studi
Banding Pengolahan  Minyak  Kelapa  Sawit ”,  J.
Tek.Ling., 2009.
[15] Y.T.  Wu  et.  al., J.  of  Environmental Management, 91 (2010), 1467-1490.
[16] Zuhra, ”Pengolahan Limbah Cair Pabrik Minyak  Kelapa  Sawit  Dengan  Metoda Pengapungan  (Flotasi)”, REINTEK,
2008.

## Biodata Penulis
Yulastri  dilahirkan  di  Bukittinggi  tanggal  5 Oktober  1969.  Menamatkan  sekolah  di  SMA Negeri  I  Bukittinggi  tahun  1989.  Meneruskan pendidikan  di  Politeknik  Enggineering  Unand dan  tamat  tahun  1992.  Menyelesaikan  S1 lintas  jalur  di  ITB  tahun  1999-2001. Meneruskan  pendididkan  S2  di  Prodi  Teknik Elektro Fakultas Teknik Unand selesai Agustus 2013.  Jabatan  sebagai  staf  pengajar  pada Politeknik  Negeri  Padang  dari  tahun  1992 sampai sekarang
0 5 10 13 kV 16 kV 19 kV En erg i (k W h /l ) Tegangan Plasma Plasma 2 jam Plasma 4 jam