Baku Mutu Air Limbah Industri Kelapa Sawit
Apa saja parameter kritis dalam penentuan kualitas air limbah industri kelapa sawit? Seluruh parameter kritis terkait kualitas air limbah setiap industri telah dicantumkan dalam keputusan menteri lingkungan hidup Nomor 51 Tahun 1995 termasuk air limbah dari industri kelapa sawit. Disebutkan bahwa parameter yang wajib untuk diukur adalah pH, kebutuhan oksigen kimiawi (KOK) atau chemical oxygen demand (COD), kebutuhan oksigen biologi (KOB) atau biochemical oxygen demand (BOD), total padatan tersuspensi atau total suspended solid (TSS), minyak dan lemak (oil and grease/ OG), total amonia, serta debit air limbah yang perlu dikeluarkan. Dalam pengujian parameter - parameter tersebut, beberapa kendala mungkin dialami analis ataupun operator seperti waktu pengujian yang lama, hasil yang tidak presisi, biaya (cost) per analisa yang cukup tinggi bahkan tantangan untuk mencari instrumentasi yang tepat dan akurat. Apa saja langkah penting yang perlu diambil untuk meminimalisir hal - hal ini? Artikel ini akan membahas cara pengujian dan tips analisa agar hasil dan proses pengujian dapat berlangsung secara optimal dan efisien.
Tabel 1. Baku Mutu Air Limbah Industri Kelapa Sawit
| Parameter | Batas Maksimum |
| BOD5 |
250 mg/L
|
| COD | 500 mg/L |
| TSS | 300 mg/L |
| Minyak dan lemak | 30 mg/L |
| Total Ammonia | 20 mg/L |
| pH | 6.0 - 9.0 |
Uji Parameter Air Limbah dan Cara Mengoptimalkannya
Dengan melakukan pemantauan (monitoring) secara berkala, analis maupun operator dapat mengetahui kadar dari masing - masing parameter sebelum air limbah dilepaskan ke lingkungan. Namun, adakah cara agar uji yang dilakukan lebih efisien dan optimal? Optimal dan efisiennya suatu pengujian bergantung pada beberapa faktor, seperti karakteristik sampel, cara pengambilan sampel atau contoh, perlakuan yang diberikan pada sampel, serta penggunaan reagen ataupun instrumen pada saat analisa. Terkait parameter - parameter yang tercantum pada Tabel 1 dapat dijelaskan lebih lanjut sebagai berikut :
1. Kebutuhan Oksigen Biologi (KOB) atau Biochemical Oxygen Demand (BOD)
Kebutuhan Oksigen Biologi (KOB) atau Biochemical Oxygen Demand (BOD) diartikan sebagai kadar oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan material organik yang terkandung dalam air limbah. Adapun metode yang disarankan oleh American Public Health Association (APHA) Nomor 5210 yakni metode titrasi iodometri, metode dilusi probe DO, dan metode respirometrik. Penjelasan terkait ketiga metode ini dirangkum pada Tabel 2.
Tabel 2. Rangkuman Prinsip Pengujian Biochemical Oxygen Demand (BOD)
| Metode | Prinsip | Kebutuhan Alat dan Bahan |
| Metode Titrasi Iodometri | Dilakukan dengan menambahkan sampel dengan mangan klorida (MnCl2) dan larutan kalium iodida dalam natrium hidroksida (NaOH-KI) pada kondisi asam dengan penambahan asam sulfat (H2SO4) sehingga ion iodida pada vessel titrat berubah menjadi iodin yang ekivalen dengan kadar oksigen terlarut setelah proses titrasi dengan natrium tiosulfat (Na2S2O3) |
Inkubator Khusus BOD, Buret Glassware, Alat glassware seperti pipet dan lainnya, Botol Winkler, Stirrer, Larutan MnCl2, Larutan NaOH-KI, Larutan H2SO4, Larutan Iodin, Larutan Na2S2O3, Larutan nutrisi & benih bakteri (jika perlu)
|
| Metode Dilusi dengan Probe | Didasarkan pada perbandingan nilai oksigen terlarut (dissolved oxygen/DO) sebelum dan setelah proses inkubasi | Inkubator khusus BOD, DO-meter, Stirrer, Larutan nutrisi & benih bakteri (jika perlu), Botol Winkler |
| Metode Respirometrik | Pengukuran didasarkan pada proses respirasi yang dilakukan oleh bakteri selama masa inkubasi. Bakteri yang mengoksidasi material organik dalam sampel air limbah akan mengkonsumsi oksigen terlarut sehingga menghasilkan gas karbon dioksida (CO2) yang akan ditangkap oleh alkali hidroksida. | Inkubator khusus BOD, BOD meter/ sensor, Larutan nutrisi & benih bakteri, Pellet Alkali hidroksida |
Umumnya, uji kebutuhan oksigen biologi (KOB) atau biochemical oxygen demand (BOD) dilakukan dengan masa inkubasi selama 5 hari (BOD5), tetapi uji BOD juga dapat dilakukan selama 7 hari (BOD7), 10 hari (BOD10), ataupun 21 hari (BODu). Adapun syarat yang perlu dipenuhi untuk melakukan uji BOD, yaitu :
-
Nilai pH sampel berkisar pada 6.5 - 7.5
-
Memiliki nutrisi dan bakteri yang cukup
-
Tidak mengandung zat- zat toksik yang dapat mematikan bakteri seperti klorin (Cl2) dan turunannya, ozon, dan logam berat.
-
Sistem yang baik (tidak bocor)
-
Jika pengujian dilakukan lebih dari 5 hari, maka sampel tidak boleh mengandung bakteri nitrifikasi
​Poin - poin penting yang telah disebutkan diatas dapat disederhanakan menjadi suatu grafik yang ditunjukkan pada Gambar 1. Poin - poin tersebut disebutkan secara detail dalam American Public Health Association (APHA) Nomor 5210. Beberapa analis dan operator mungkin menginginkan uji yang optimal namun dengan durasi waktu yang lebih efisien, oleh sebab itu beberapa solusi pada Tabel 3 mungkin dapat dijadikan sebagai referensi.
Tabel 3. Alternatif untuk Uji Biochemical Oxygen Demand (BOD)
| Parameter | Deskripsi | Alternatif/ Saran |
| Larutan Nutrisi | Menggunakan reagen kalsium klorida (CaCl2), magnesium sulfat (MgSO4), besi (III) klorida (FeCl3), dan larutan buffer phosphate | Nutrient pack komersial seperti Nutrient Buffer Pillow |
| Larutan Benih Bakteri (bacterial seed) | Mengambil supernatan dari sumber bibit mikroba limbah domestik | Menggunakan suspensi bibit bakteri berupa BOD seed |
| Jenis Air untuk dilusi | Air Destilasi yang bebas zat organik maupun bakteri | Disarankan industri memiliki alat water purifier yang dapat memproduksi air destilasi dengan kontrol kualitas |
Selain parameter yang tertera pada Tabel 3, pemilihan alat juga salah satu faktor keberhasilan dan optimalnya suatu analisa. Kebutuhan oksigen biologi (KOB) atau biochemical oxygen demand (BOD) memang dapat diukur kadarnya secara manual maupun dengan menggunakan instrument. Namun, penggunaan alat manual seperti buret memiliki resiko yang relatif lebih tinggi dibandingkan dengan menggunakan instrument, seperti kesalahan paralaks ataupun kesalahan dalam membaca warna, serta human error lainnya. Selain itu, penggunaan glassware juga memiliki resiko terhadap keselamatan analis dan operator.
Jika pengujian menggunakan metode dilusi dengan probe, maka sangat direkomendasikan untuk memilih probe yang dilengkapi dengan teknologi luminescence atau probe yang dilengkapi dengan stirrer. Hal ini tentunya akan mempermudah dan mengoptimalkan pengujian BOD yang dilakukan. Hal ini karena pembacaan yang jauh lebih cepat dibandingkan elektroda DO polarographic serta tidak ada perlakuan khusus yang harus diberikan pada elektroda sebelum digunakan. Selain itu, analis atau operator cukup mengganti membran pada elektroda DO luminescence secara berkala untuk perawatannya.
Jika uji BOD menggunakan metode respirometrik, maka analis dapat menggunakan sistem dengan 6 posisi atau 10 posisi yang dilengkapi dengan stirrer dan display digital yang dapat menampilkan nilai hasil pengukuran BOD dalam satuan mg/L BOD. Di lain sisi, alat inkubator disarankan untuk memilih inkubator khusus BOD yang dilengkapi dengan teknologi pendingin berupa elemen peltier. Hal ini karena elemen peltier bersifat hemat energi dan tidak bising, serta dapat mendistribusikan suhu lebih cepat dan merata dibandingkan inkubator sejenisnya yang menggunakan kompresor. Contoh dari alat DO meter, BOD meter dan inkubator khusus BOD ini ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Alat yang dibutuhkan untuk uji BOD (a) DO meter (b) BOD meter (c) Inkubator khusus BOD
2. Kebutuhan Oksigen Kimiawi (KOK) atau Chemical Oxygen Demand (COD)
Parameter ini adalah jumlah kebutuhan oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat - zat organik melalui reaksi kimia. Dalam standar American Standard & Testing Method (ASTM) nomor 5220 serta Standar Nasional Indonesia (SNI) nomor 6989 Tahun 2009 dan Tahun 2019 tercantum bahwa parameter ini dapat diuji secara titrimetri ataupun secara spektrofotometri.
A. Metode Titrimetri
Prinsipnya adalah dengan mereduksi ion dikromat (Cr2O72-) sehingga menghasilkan ion Cr3+ dan menitar kelebihan ion dikromat yang tidak tereduksi dengan larutan Ferro Ammonium Sulfat (FAS) dengan adanya indikator ferroin. Metode ini dilakukan dengan tahapan refluks selama 120 menit (2 jam) pada suhu 150oC yang dapat dilakukan secara terbuka maupun tertutup dan dilanjutkan dengan tahap titrasi. Nilai Chemical Oxygen Demand (COD) kemudian dapat dihitung dengan rumus berikut :
B. Metode Spektrofotometri
Metode ini tidak jauh berbeda dengan metode titrimetri, dimana tahapannya hampir sama yakni dengan menjalankan refluks terlebih dahulu dalam reaktor COD. Hanya saja, pengukuran nilai COD dilakukan menggunakan alat spektrofotometer. Tertulis dalam American Public Health Association (APHA) 5220D yang menjelaskan bahwa metode pengujian COD dapat dilakukan dengan tahap refluks tertutup dan diuji secara spektrofotometri. Sama seperti pada cara titrimetri, untuk cara ini juga menggunakan reagen kalium dikromat dan tahap refluks pada suhu 150oC selama 120 menit atau 2 jam.
Sampel hasil refluks kemudian diuji dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 420 nm atau 600 nm. Panjang gelombang 420 nm digunakan untuk nilai COD sampel yang lebih kecil atau sama dengan 90 mg/L, sedangkan panjang gelombang 600 nm digunakan untuk nilai COD sampel dalam range 100 - 900 mg/L.
Dalam hal ini, alat yang dapat digunakan untuk tahap destruksi adalah reaktor khusus COD. Untuk pengujian secara titrasi dapat menggunakan buret glassware ataupun buret digital dan automatic titrator. Namun, penggunaan buret glassware beresiko terjadinya human error seperti kesalahan paralaks yang dapat menyebabkan hasil analisa yang kurang optimal. Untuk meminimalisir kesalahan dalam menitar sampel, analis dapat menggunakan buret digital sebagai alternatif, karena volume titran yang terpakai dapat dilihat langsung dalam bentuk angka digital pada display. Selain itu, alternatif lainnya seperti automatic titrator mungkin dapat dijadikan sebagai referensi untuk pengujian titrasi secara otomatis dan praktis. Di lain sisi, jika analisa dilakukan secara spektrofotometri, alat spektrofotometer yang telah dilengkapi pre-program COD juga dapat dijadikan sebagai referensi.
Gambar 2. Kebutuhan Analisa COD (a) Reaktor khusus COD (b) Reagen Uji COD (c) Alat Spektrofotometer (d) Alat Automatic Titrator
3. Total Padatan Tersuspensi atau Total Suspended Solid (TSS)
Dalam Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomor 6989 bagian 3 Tahun 2019, metode gravimetri (gravimetry) direkomendasikan untuk mengukur nilai padatan tersuspensi (Total Suspended Solid/ TSS). Metode ini dilakukan dengan menyaring sampel yang telah homogen, dimana residu sampel akan tertahan pada media penyaring. Residu pada media penyaring tersebut kemudian dikeringkan pada suhu 103o atau 105oC pada oven dan ditimbang bobotnya pada neraca analitik. Nilai TSS kemudian dihitung dengan menggunakan rumus :
Selain menggunakan metode gravimetri (gravimetry), total padatan tersuspensi juga dapat diukur nilainya dengan menggunakan metode spektrofotometri. Metode ini diadaptasi dari United States Environmental Protection Agency (USEPA) yang dilakukan dengan mengukur absorbansi atau konsentrasi sampel hasil homogenisasi menggunakan spektrofotometer pada panjang gelombang 800 - 810 nm.
4. Minyak dan Lemak atau Oil and Grease (OG)
Dalam American Standard Testing and Material (ASTM) Nomor 5520D disebutkan bahwa pengujian untuk parameter minyak dan lemak pada air limbah dapat menggunakan metode soklet-gravimetri (Soxhlet-gravimetry) yang dimulai dengan tahap ekstraksi, filtrasi, pengeringan dan perbandingan bobot. Pelarut yang direkomendasikan untuk ekstraksi air limbah adalah n-heksana dan karbon tetraklorida (carbon tetrachloride / CCl4). Kadar minyak dan lemak dapat dihitung dengan rumus :
Dalam pengujian parameter ini, alat - alat manual masih dapat digunakan seperti rangkaian alat soklet ataupun corong pisah serta alat glassware lainnya. Namun jika dibandingkan, hasil ekstraksi akan lebih optimal dan lebih presisi bila pengujian dilakukan dengan menggunakan instrument, bahkan beberapa instrument telah dilengkapi fitur perhitungan secara otomatis dan sistem perekaman hasil sehingga memudahkan analisa dan operator untuk merekap data hasil pengujian. Contoh alur pengujian minyak dan lemak (oil and grease/OG) pada air limbah ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Alur Uji Minyak dan Lemak (oil and Grease/ OG)
5. Total Ammonia
Untuk menentukan total amonia, beberapa metode direkomendasikan. Dalam Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomor 06-6989 bagian 30 Tahun 2005, disebutkan bahwa ammonia dapat diukur kadarnya secara spektrofotometri yakni pada panjang gelombang 640 nm secara fenat. Pada prinsipnya, ammonia dalam sampel air limbah akan bereaksi dengan hipoklorit dan fenol yang dikatalisis oleh natrium nitroprusida. Metode spektrofotometri lain dapat digunakan yakni metode Nessler dan salisilat yang diusung oleh Environmental Protection Agency (EPA) pada metode 350.1 dan 350.2.
Metode spektrofotometri memang sering digunakan oleh kebanyakan analis. Meski begitu, tidak jarang preparasi uji spektrofotometri membutuhkan jumlah reagen yang cukup banyak sehingga biaya per analisa mungkin relatif lebih besar. Beberapa alternatif kini telah ditawarkan guna untuk mengoptimalkan proses dan hasil pengujian, mengefisienkan waktu pengujian, bahkan untuk menghemat biaya (cost) analisa. Alternatif ini antara lain adalah dengan menggunakan alat spektrofotometer yang telah dilengkapi dengan program bawaan untuk uji ammonia serta reagen komersial siap pakai yang dilengkapi dengan metode pengujian yang telah disetujui oleh metode standar internasional maupun nasional.
6. pH (Derajat Keasaman)
Untuk mengukur pH, biasanya dibutuhkan alat pH meter yang terdiri dari elektroda/probe dan meter. Pada prinsipnya, nilai pH yang terukur berasal dari interaksi antara ion hidrogen (H+) yang ada pada sampel dan ion hidrogen terdapat pada bagian balb. Potensial dari interaksi ini akan dibaca oleh elektroda uji dan dibandingkan dengan potensial pada elektroda referensi. Dalam hal ini, semakin banyak interaksi yang terjadi maka nilai potensial akan semakin besar dan nilai pH akan semakin rendah.
Mengukur pH air limbah merupakan suatu tantangan dimana setiap air limbah memiliki karakteristiknya masing - masing. Beberapa air limbah mungkin banyak mengandung partikel - partikel tersuspensi atau bahkan mengandung lumpur (sludge). Selain itu, pH meter portable biasanya dibutuhkan untuk pengukuran lapangan. Oleh karena itu, badan elektroda haruslah cukup tahan terhadap sedikit benturan atau guncangan sehingga elektroda dengan body material polimer seperti epoxy material. Namun jika pengukuran dilakukan dalam laboratorium, maka pH meter benchtop dengan elektroda dengan body material kaca dapat digunakan. Meski elektroda jenis refillable dinilai dapat digunakan untuk segala jenis sampel, namun untuk aplikasi air limbah kedua jenis elektroda baik gel-filled ataupun tipe refillable dapat digunakan. Hanya saja, pemilihan tipe junction dan elektroda referensi perlu perhatian yang lebih.
Adapun hal lain yang perlu diperhatikan adalah cara perawatan dan penyimpanan elektroda. Usahakan untuk selalu melakukan kalibrasi harian sebelum menggunakan elektroda dan selalu bersihkan serta keringkan elektroda setelah pemakaian pada sampel. Gunakan cairan penyimpan atau setidaknya larutan buffer pH 4.01 untuk merendam balb elektroda selama periode penyimpanan. Hal ini guna untuk menjaga agar membran pada balb elektroda tetap terhidrasi sehingga elektroda tetap dapat berfungsi secara optimal.
Gambar 4. Bagian - Bagian pada Elektroda Kombinasi
Berdasarkan uraian diatas dapat disimpulkan bahwa parameter baku mutu air limbah industri kelapa sawit dapat diuji menggunakan cara konvensional maupun cara modern yang menggunakan instrument. Untuk mengoptimalkan pengujian yang dilakukan, perlu diperhatikan faktor - faktor yang dapat berdampak pada analisa tersebut dimana setiap parameter memiliki faktornya masing - masing. Selain itu, beberapa alternatif juga dapat dijadikan referensi agar analisa lebih optimal dan efisien baik dari sisi hasil, proses analisa, bahkan biaya (cost) untuk pengujian.
Referensi
American Public Health Association (APHA). Standard Method 5210 : “Biochemical Oxygen Demand”
American Public Health Association (APHA). Standard Method 5220 : “Chemical Oxygen Demand”
American Public Health Association (APHA). Standard Method 5520 : “Standard Method of Examination Water and Wastewater Oil and Grease”
Arslan, Saral dan Bülent Ilhan GoncaloÄŸlu. 2008. Determination of Real COD in Highly Concentrated Wastewater, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/clen.200800073#:~:text=Chloride%20ions%2C%20which%20may%20be,using%20mercuric%20sulfate%20(HgSO4) diakses pada Hari Rabu Tanggal 22 Juni 2022 Pukul 10.34 WIB
Badan Standardisasi Nasional. 2019. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 2 : Cara Uji Kebutuhan Oksigen Kimiawi (Chemical Oxygen Demand/ COD)”
Badan Standardisasi Nasional. 2019. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 3 : Cara Uji Padatan Tersuspensi Total (Total Suspended Solid/TSS) secara Gravimetri”
Badan Standardisasi Nasional. 2009. Standar Nasional Indonesia Nomor 6989 tentang “Air dan Air Limbah - Bagian 72 : Cara Uji Kebutuhan Oksigen Biokimia (Biochemical Oxygen Demand/ BOD)”
Hach. 2022. Chemical Oxygen Demand, https://sea.hach.com/parameters/cod?_bt=520707712696&_bk=cod%20oxygen%20demand&_bm=b&_bn=g&_bt=520707712696&_bk=cod%20oxygen%20demand&_bm=b&_bn=g&utm_id=go_cmp-13050126186_adg-118927001421_ad-520707712696_aud-830782129328:kwd-386122717113_dev-c_ext-_prd-&utm_source=google&gclid=Cj0KCQjwmPSSBhCNARIsAH3cYgZQfwpwfbGQ7XCirB78pJ4xJ00PAjD1ZlwRSfMoBkZxX6PGBBn1bo0aAoShEALw_wcB diakses pada Hari Selasa Tanggal 19 April 2022 Pukul 13.54
Kementerian Lingkungan Hidup Indonesia - Kementerian Lingkungan Hidup Jepang. 2013. Panduan Penanganan Air Limbah di Pabrik PKS sebagai Hasil Studi Kebijakan bersama Indonesia - Jepang, https://www.env.go.jp/en/water/wq/ine/pdf/tool/guideline-in.pdf diakses pada Hari Selasa Tanggal 14 Juni 2022 Pukul 10.57 WIB
Menteri Negara Lingkungan Hidup. 1995. Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor Kep-51/MENLH/10/1195 tentang “Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri”, https://toolsfortransformation.net/wp-content/uploads/2017/05/51-tahun-1995-Baku-mutu-limbah-cair-industri.pdf diakses pada Hari Selasa Tanggal 14 Juni 2022 Pukul 09.50 WIB
ThermoFisher Scientific. 2014. Application Note : Measuring pH of Non-Aqueous and mixed samples., https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/LSG/Application-Notes/AN-PHNONAQS-E%201014-RevA-WEB.pdf
Velp Scientifica. 2019. BOD test with Control Test Tablets : Biochemical Oxygen Demand according to Respirometric Method. Italy: Velp Scientifica
W. O’dell, James. 1993. Method 350.1: Determination of Ammonia Nitrogen By Semi-Automated Colorimetry Revision 2.0. Ohio : United State Environmental Protection Agency (US.EPA)