1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan agroindustri yang semakin maju saat ini selain

memiliki dampak positif untuk memperluas lapangan pekerjaan,

meningkatkan devisa negara, dan pengolahan produk pertanian dalam negeri,

juga memiliki dampak negatif yaitu limbah. Limbah cair agroindustri

dicirikan dengan tingginya kandungan karbon organik dan hara. Tingginya

kandungan bahan organik ini akan menyebabkan penurunan kualitas badan

air penerima yang menyebabkan rendahnya oksigen yang terlalrut dan

memicu terjadinya proses penyuburan ganggang yang disebut dengan

eutrofikasi. Hal ini pada proses selanjutnya akan menyebabkan sedimentasi

bahan organik pada dasar perairan, menimbulkan bau busuk (masalah

estetika), dan akibat-akibat lainnya seperti pendangkalan, menurunnya nilai

guna air, serta kematian organisme-organisme air yang hidup didalamnya

(Ibrahim, 2007).

Menurut Satpem Bimas Jawa Timur (1997) dalam (Tastra, 2003) Jawa

Timur mempunyai potensi untuk pengembangan di bidang sektor

agroindustri, karena selain sebagai salah satu lumbung pangan nasional, Jawa

Timur dikenal sebagai propinsi dengan sektor industri yang berkembang

cepat. Potensi sumber daya pertanian di Jawa Timur tersebar di seluruh

wilayah Timur pulau Jawa ini. Dalam rangka upaya peningkatan pendapatan

petani pengembangan agroindustri merupakan alternatif yang dapat

dilakukan. Malang merupakan salah satu kota di Jawa Timur yang tingkat

perkembangan agroindustrinya cukup tinggi. Menurut Hadi (2010), di

Malang banyak berkembang agroindustri dengan jenis olahan dan skala usaha

yang beragam, sehingga Malang merupakan tempat tumbuhnya berbagai

macam bentuk agroindustri.

Salah satu dari agroindustri yang berkembang di Malang adalah

industri gula. Berkembang pesatnya industri gula tentunya disertai dengan

masalah limbah yang dihasilkan. Limbah cair industri gula memiliki

2

kandungan zat kimia berbahaya seperti N, P, S, dan beberapa logam aktif.

Unsur-unsur tersebut jika tidak diolah sebelum dibuang ke perairan bisa

menyebabkan pencemaran perairan dan blooming alga.

Pencemaran limbah cair agroindustri dapat diolah dengan

memanfaatkan pertumbuhan mikroalga didalam perairan limbah agroindustri.

Mikroalga merupakan organisme yang dapat menyerap kandungan CO2 pada

saat fosintesis, dimana CO2 digunakan untuk reproduksi sel-sel tubuhnya.

Pada proses fotosintesis tersebut selain memfiksasi gas CO2, juga

memanfaatkan nutrien yang ada dalam badan air (Borowitzka, 2005). Nutrien

dalam proses ini dapat berasal dari material limbah cair industri sehingga

dapat memperbaiki kualitas limbah cair dalam suatu areal industri.Mikroalga

jenis Chorella sp memiliki potensi sebagai salah satu agen pengolahan limbah

dimana kurun waktu 14 hari, mikroalga ini dapat menyerap emisi gas CO2,

juga berpotensi sebagai agen pengolahan air limbah di agroindustri. Selama

14 hari masa inkubasi konsentrasi nitrat dan fosfat yang terkandung dalam

limbah 3-4 mg/l dapat diturunkan menjadi 0,05-0,1 mg/l. (Santoso, et al.

2011).

Adapun keuntungan dari penggunaan mikroalga dalam proses

pengolahan limbah cair dalam agroindustri antara lain prinsip pengolahanya

berjalan alami seperti prinsip ekosistem alam sehingga sangat ramah

lingkungan dan tidak menghasilkan limbah sekunder (Arif et all, 2011).

Berdasarkan permasalah diatas maka perlu adanya suatu inovasi

pengembangan metode maupun teknologi dalam pengolahan limbah cair

agroindustri. Hal ini dilakukan agar pencemaran lingkungan yang telah

merajalela bisa diminimalisir sehingga proteksi pemerintah akan lebih mudah

dalam tindakan preventif penurunan masalah pencemaran lingkungan. Salah

satu teknologi yang ditawarkan yaitu dengan pemanfaatan limbah

agroindustri dengan metode MaC-Option (Mikroalga Chorella sp Open

Ponds Cultivation) dan hasil dari pengolahan tersebut dapat dijadikan sebagai

alternatif bahan bakar biodiesel yang tebaharukan dan ramah lingkungan.

3

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan identifikasi masalah yang diatas maka

didapatkan suatu rumusan masalah yang berkaitan dengan bagaimana

kefektifan metode Mac-Option (Microalgae Chlorella sp Open Ponds

Cultivation) dalam pengolahan limbah cair agroindustri menjadi biodiesel

dengan bantuan mikroalga Chlorella sp di kota Malang. Secara rinci

permasalahan umum tersebut dijabarkan menjadi empat permasalahan yaitu.

1. Bagaimana mengurangi tingkat pencemaran limbah cair agroindustri

di kota Malang?

2. Bagaimana teknik kultivasi open ponds mikroalga Chlorella sp yang

efisien?

3. Bagaimana mengolah mikroalga Chlorella sp hasil kultivasi tersebut

menjadi biodiesel?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dalam pembuatan karya tulis ini adalah sebagai berikut:

1. Mengurangi tingkat pencemaran limbah cair agroindustri di kota Malang.

2. Mengkultivasi mikroalga Chlorella sp dalam sistem open ponds secara

efisien.

3. Mengolah mikroalga Chlorella sp hasil kultivasi menjadi biodiesel.

1.4 Manfaat

Adapun manfaat yang didapat dalam pembuatan karya tulis ini adalah:

a. Bagi Akademisi atau Mahasiswa

Menjadikan media aktualisasi dan pengembangan teknologi di

bidang teknologi dan rekayasa dalam mengolah limbah cair agroindustri

sehingga tidak ada lagi masalah akan pencemaran lingkungan, selain itu

sebagai bentuk pengabdian insan akademis dalam pembelajaran

pemberdayaan masyarakat sebagai wujud Tri Dharma Perguruan Tinggi.

b. Bagi Masyarakat

4

Memberikan wacana baru tentang pengembangan teknologi dibidang

teknologi dan rekayasa dalam mengolah limbah cair agroindustri dan

memberikan solusi yang efektif masalah pencemaran lingkungan yang

telah merajalela baik dikalangan industri atau agroindustri, sehingga dapat

mengurangi kewaspadaan masyarakat akan bahayanya limbah cair yang

dihasilkan oleh pabrik-pabrik agroindustri.

c. Bagi Pemerintah

Sebagai salah satu solusi altenatif pengolahan limbah cair

agroindustri yang efektif dan ekonomis, sehingga dapat membantu

memberikan solusi kepada pemerintah dalam menanggulangi pencemaran

lingkungan dan sebagai alternatif pembuatan biodiesel yang dapat

diperbaharui dan ramah lingkungan.

5

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Air Limbah

2.1.1 Pengertian

Menurut Philip Kristanto (2004: 169) limbah adalah buangan yang

kehadirannya pada suatu saat dan tempat tertentu tidak dikehendaki

lingkungan karena nilai ekonomi. Limbah yang mengandung bahan

polutan memiliki sifat racun dan berbahaya dikenal dengan limbah B-3,

yang dikatakan sebagai bahan yang dalam jumlah relatif sedikit tetapi

berpotensi untuk merusak lingkungan hidup dan sumberdaya. Apabila

ditinjau secara kimiawi, bahan-bahan ini terdiri dari bahan organik dan

anorganik. Sedangkan menurut Mahida (1986: 9) limbah adalah sampah

cair dari suatu lingkungan masyarakat dan terutama terdiri dari air yang

telah dipergunakan dengan hamper hampir 0,1% dari padanya berupa

benda-benda padat yang terdiri dari zat organik dan bukan organik.

Menurut surat keputusan Gubernur Kepala Daerah Istimewa

Yogyakarta No. 281/KTSP/1998 pasal 1 yang dimaksud dengan limbah

cair industri adalah limbah yang dihasilkan oleh kegiatan industri yang

dibuang ke lingkungan dan diduga dapat menurunkan kualitas

lingkungan. Industri disini diartikan sebagai suatu kegiatan ekonomi

yang mengolah bahan mentah, bahan baku, barang setengah jadi dan

barang setengah jadi menjadi barang-barang yang bernilai tinggi.

Umumnya air limbah industri banyak yang mengandung unsur-unsur

kimia yang membahayakan yang macamnya bervariasi tergantung dari

jenis-jenis industri dan prosesnya. Limbah juga merupakan suatu bahan

yang tidak berarti dan tidak berharga, tetapi limbah juga bisa menjadi

sesuatu yang bermanfaat jika diproses secara baik dan benar.

2.1.2 Karakteristik Limbah

Kegiatan industri dan teknologi air yang telah digunakan dalam

proses produksi atau yang disebut air limbah tidakdiperbolehkan dibuang

langsung ke lingkungan karena dapatmenyebabkan pencemaran.

6

Indikator atau tanda bahwa air di suatulingkungan telah tercemar adalah

adanya perubahan atau tanda yangdapat diamati melalui karakteristik

fisik, kimia dan biologi sebagai berikut:

a. Karakteristik Fisik

Suhu

Ukuran suhu dapat menunjukkan kecenderungan

aktifitaskimia dan biologi, pengentalan, tekanan uap,

keteganganpermukaan dan nilai penjenuhan dari benda-benda padat

dangas. Pengentalan mengatur sedimentasi pada saat suhumeninggi

pengentalan berkurang dan menghasilkanpeningkatan sedimentasi

dengan asumsi bahwa sedimentasitidak terganggu oleh arus yang

memancar (Mahida, 1986: 16).

Warna dan Kekeruhan

Warna pada air limbah menunjukkan kekuatannya,misalnya

air di sungai berwarna kuning kecoklatan karenamengandung lumpur

(Philip Kristanto, 2004: 80). Intensitaswarna cenderung meningkat

dengan meningkatnya pH (Hefni15Effendi, 2003: 62). Air limbah

yang mengandung besi (Fe)dalam jumlah tinggi akan berwarna

coklat kemerahan.

Bau dan Rasa

Bau ditimbulkan oleh campuran dari nitrogen, sulfur

danfosfor juga pembusukan dari protein. Pencemaran juga

dapatmenimbulkan bau dan rasa yang tidak dikehendaki,

untukmenghilangkan bau dan rasa yang tidak enak bisa

dilakukandengan aerasi, pemakaian potassium, pemakaian karbon

aktif,koagulasi, sedimentasi dan filtrasi (Suripin, 2004: 149).

b. Karakteristik Kimia

Kandungan logam berat

Air dapat tercemar oleh berbagai komponen anorganikyaitu

berbagai jenis logam berat yang berbahaya.Menentukan jumlah dari

beberapa logam seperti nikel (Ni),magnesium (Mh), timbal (Pb),

kronium (Cr), kadmium (Cd),zeng (Zn), tembaga (Cu), besi (Fe) dan

7

air raksa (Hg).Beberapa jenis logam biasanya dipergunakan

untukpertumbuhan kehidupan biologis tetapi jika

jumlahnyaberlebihan maka akan mempengaruhi kegunaannya karena

daya racun yang dimiliki (Sugiarto, 1987: 32).

Nitrogen

Dalam analisis air limbah, kelompok nitrogen terdiri

dariamoniak bebas, amoniak albuminoidal, nitrogen, organik,16nitrit

dan nitrat. Air limbah kebanyakan dari nitrogen terdapatdalam

bentuk organik atau nitrogen, protein dan amoniak.Penentuan

nitrogen dibuat untuk mengendalikan tingkatpemurnian yang

tercapai dalam proses pembenahan biologis(Philip Kristanto, 2004:

84).

Kesadahan

Air sadah adalah air yang mengandung karbonat dansulfat

dari kalsium dan magnesium, di samping besi danalumunium.

Kesadahan air yang tinggi sangat merugikankarena dapat

mengakibatkan karatan atau korosi pada alatalatyang terbuat dari

besi, juga menimbulkan kerak-kerak didalam wadah pengolahan

(Philip Kristanto, 2004: 74).

TSS (Total Suspended Solid)

Zat yang mengembangkan akan merugikan apabiladigunakan

untuk mengairi tanaman untuk mengahambat poriporisehingga

permeabilitas tanah menurun (Sugiarto, 1987:32). Padatan total

adalah bahan yang tersisa setelah airsampel mengalami evaporasi

dan pengeringan pada suhutertentu. Padatan suspensi total adalah

bahan-bahantersuspensi (diameter >1 m) yang tertahan pada

saringanmilipore. Padatan tersuspensi terlarut terdiri dari lumpur,

pasir halus dan jasad renik (Hefni Effendi, 2003: 63).

Perubahan pH

Perubahan pH adalah tingkat keasaman/konsentrasi

ionhydrogen. Air normal yang memenuhi syarat untuk

suatukehidupan memiliki pH netral dengan kisaran nilai 6,5

8

7,5.Air limbah industri yang belum terolah dan memiliki pH diluar

pH netral dapat mengganggu kehidupan organisme didalamnya

(Wardana, 2004: 75).

c. Karakteristik Biologi

Mikroorganisme

Mikroorganisme sangat berperan dalam proses

degradasibahan buangan dari kegiatan industri yang dibuang

kelingkungan. apabila bahan yang harus didegradasi cukupbanyak,

berarti mikroorganisme dapat ikut berkembang biak.Dalam

berkembang biak ini, tidak menutup kemungkinanmikroba pathogen

ikut berkembang pula (Mahida, 1986: 19)

Nilai BOD

BOD (Biochemical Oxygen Demand) menunjukkanjumlah

oksigen terlarut yang dibutuhkan oleh organism hidup untuk

memecah atau mengoksidasi bahan-bahanbuangan di dalam air

(Wardana, 2004: 93). Nilai BODtidak menunjukkan bahan organik

yang sebenarnya, tetapihanya mengukur secara relatif jumlah

oksigen yangdibutuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan buangan.

Jikakonsumsi oksigen tinggi yang ditunjukkan dengan

semakinkecilnya sisa oksigen terlarut, maka berarti kandungan

bahanbahanbuangan yang membutuhkan oksigen tinggi.

Bahanbuangan industri pada umumnya memiliki nilai BOD 100ppm

hingga 10.000 ppm (Srikandi Fardiaz, 1992: 35)

Nilai COD

COD (Chemical Oxygen Demand) adalah jumlahoksigen

yang diperlukan agar bahan buangan yang ada didalam air dapat

teroksidasi melalui reaksi kimia (Wardana, 2004: 92). Uji COD

biasanya menghasilkan nilaikebutuhan oksigen yang lebih besar

daripada uji BOD,karena bahan-bahan yang stabil terhadap reaksi

biologi danmikroorganisme dapat ikut teroksidasi dalam uji

COD(Srikandi Fardiaz, 1992: 38).

9

2.2 Mikroalga

Mikroalga adalah tumbuhan rendah prokariot/eukariot yang sangat

produktifdan dapat mengungguli tanaman lain seperti kelapa sawit, jarak,

jagung dan lain-lainsebagai sumber biodiesel. Mikroalga dapat dikulturkan

secara massal danbiomassanya diolah menjadi sumber energi terbarukan,

yaitu biodiesel. Mikroalgasebagai alternatif sumber energi terbarukan telah

menjadi pusat perhatian dunia danteknologinya sedang terus dikembangkan

(Li et al, 2008).

Diketahui bahwa mikroalga mempunyai kandungan lipid cukup tinggi.

Menurut Guschina & Harwood (2006), komponen utama lipidnya adalah

triasil gliseridanya (TAG). Senyawa trigliserida dari alga dapat diubah

karakteristiknya dalam bentuk metil ester melalui transesterifikasi. Asam

lemak metil ester (FAME) yang dihasilkan dapatdigunakan untuk campuran

solar sebagai bahan bakar biodiesel. Telah dilakukan beberapa penelilitian

untuk mengetahui potensi mikroalga sebagai penghasillipid (Christy, 2007)

Mikroalga Chlorella sp mengandung lipid sebesar 28-32%

(Panggabean, 2007). Chlorella sp. termasuk alga mikro karena ukuran

tubuhnya sangat renik dari 0,2 m hinga 0,02 cm (10-6 - 10-4 m). Untuk

melihat wujudnya dengan jelas kita memerlukan mikroskop. Tidak semua

jenis alga mikro hidup sebagai fitoplankton, tetapi semua jenis fitoplankton

bisa digolongkan ke dalam alga mikro. Tumbuhan mikroskopis bersel tunggal

dan berkoloni itu terdiri atas 30.000 spesies. Habitatnya di atas permukaan

air, di kolom perairan, atau menempel di dasar dan permukaan lain dalam

perairan (Faizatul, 2008).

Tabel 1. Komposisi kimia dari Chlorella sp

Komposisi Kadar (%)

Protein 51-58

Karbohidrat 12-17

Lemak 14-22

Asam Nukleat 4-5

(Thomas, 2007)

10

2.3 Open ponds

Open ponds merupakan sistem budidaya mikroalga tertua dan paling

sederhana. Sistem tersebut sering dioperasikan secara kontinyu. Umpan segar

(mengandung nutrisi termasuk nitrogen, phosphor, dan garam inorganic)

ditambahkan di depan paddlewheel (pedal) dan setelah beredar melalui loop-

loop mikroalga tersebut dapat dipanen di bagian belakang dari paddlewheel.

Paddlewheel digunakan untuk proses sirkulasi dan proses pencampuran

mikroalga dengan nutrisi. Beberapa sumber limbah cair dapat digunakan

sebagai kultur dalam budidaya mikroalga. Pemilihan sumber limbah cair

tersebut berdasarkan pemenuhan kebutuhan nutrisi dari mikroalga. Mikroalga

laut dapat menggunakan air laut atau air dengan tingkat salinitas tinggi

sebagai media kultur. Biaya operasional sistem open ponds lebih rendah

dibandingkan dengan sistem photobioreactor, namun sistem tersebut

memiliki beberapa kelemahan. Open ponds merupakan sistem kolam terbuka

sehingga mengalami evaporasi akut, dan penggunaan karbon dioksida (CO2)

menjadi tidak efisien. Produktivitas mikroalga juga dibatasi oleh kontaminasi

dari alga atau mikroorganisme yang tidak diinginkan (Dessy & Noer, 2009 ).

2.4 Biodiesel

Biodisel adalah bahan bakar yang ramah lingkungan dan mempunyai

keunggulan dibanding bahan bakar petroleum diesel yaitu bersifat

terbarukan,biodegradable, tidak mengandung sulfur, dan mempunyai

kekentalan lebih tinggi sehingga membantu memperpanjang umur mesin

disel. Biodisel mempunyai angka setana dan flash point yang tinggi (>130C)

(Knothe et al, 2005).

Biodiesel adalah senyawa mono alkil ester yang diproduksi melalui

reaksi tranesterifikasi antara trigliserida (minyak nabati, seperti minyak sawit,

minyak jarak dll) dengan metanol menjadi metil ester dan gliserol dengan

bantuan katalis basa. Biodiesel mempunyai rantai karbon antara 12 sampai 20

serta mengandung oksigen. Adanya oksigen pada biodiesel membedakannya

dengan petroleum diesel (solar) yang komponen utamanya hanya terdiri dari

hidro karbon. Jadi komposisi biodiesel dan petroleum diesel sangat berbeda.

11

Biodiesel terdiri dari metil ester asam lemak nabati, sedangkan

petroleum diesel adalah hidrokarbon. Biodiesel mempunyai sifat kimia dan

fisika yang serupa dengan petroleum diesel sehingga dapat digunakan

langsung untuk mesin diesel atau dicampur dengan petroleum diesel.

Pencampuran 20 % biodiesel ke dalam petroleum diesel menghasilkan

produk bahan bakar tanpa mengubah sifat fisik secara nyata. Produk ini di

Amerika dikenal sebagai Diesel B-20 yang banyak digunakan untuk bahan

bakar bus (Anonim, 2006).

Energi yang dihasilkan oleh biodiesel relatif tidak berbeda dengan

petroleum diesel (128.000 BTU vs 130.000 BTU), sehingga engine torque

dan tenaga kuda yang dihasilkan juga sama. Walaupun kandungan kalori

biodiesel serupa dengan petroleum diesel, tetapi karena biodiesel

mengandung oksigen, maka flash pointnya lebih tinggi sehingga tidak mudah

terbakar. Biodiesel juga tidak menghasilkan uap yang membahayakan pada

suhu kamar, maka biodiesel lebih aman daripada petroleum diesel dalam

penyimpanan dan penggunaannya. Di samping itu, biodiesel tidak

mengandung sulfur dan senyawa bensen yang karsinogenik, sehingga

biodiesel merupakan bahan bakar yang lebih bersih dan lebih mudah

ditangani dibandingkan dengan petroleum diesel (Anonim, 2006).

12

BAB III

METODE PENULISAN

Penulisan karya ilmiah ini dimulai dengan studi pustaka dengan pencarian

data-data dan informasi berupa pengamatan secara langsung serta data sekunder

yang berasal dari jurnal-jurnal, buku-buku teks, laporan hasil penelitian, internet,

surat kabar, tugas akhir, maupun hasil diskusi dengan dosen. Dalam

menyelesaikan masalah, karya tulis ini didekati dengan studi literatur dan

komunikasi personal supaya didapatkan gambaran yang nyata tentang

permasalahan.

Tahap selanjutnya adalah pembuatan outline yang berisi ide-ide umum yang

akan dimuat dalam tulisan ini. Hal ini bertujuan untuk membatasi permasalahan

dalam karya tulis supaya sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai. Outline juga

sebagai sarana mempermudaj proses pengumpulan data.

Data-data dan informasi yang diperoleh dikumpulkan dan diolah sesuai

outline, tema, dan tujuan penulisan. Hasil pengolahan tersebut kemudian ditulis

berdasarkan Panduan Lomba Karya Tulis Ilmiah Hi-Great 2013.

Pembahasan dalam tulisan ini dilakukan berdasarkan literatur dan fakta

yang ada di lapangan, untuk diarahkan pada tujuan penulisan. Pengambilan

kesimpulan menggunakan metode induksi dan deduksi. Saran dirumuskan

berdasarkan fakta yang ada dengan kesimpulan yang diperoleh untuk menciptakan

kondisi yang lebih baik.

13

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1 Pengolahan Limbah Agroindustri dengan Mikroalga

Pabrik gula merupakan salah satu industri yang mengolah bahan

pertanian menjadi produk jadi berupa gula SHS (Super High Sugar) atau

GKP (Gula Kristal Putih). Proses produksi gula tidak terlepas dari limbah

(waste) dan produk samping (by-product) yang dihasilkan selama proses

berjalan. Limbah yang dihasilkan pabrik gula merupakan limbah yang

didominasi oleh bahan-bahan organik, walaupun tidak menutup kemungkinan

menghasilkan limbah anorganik (persentasenya kecil). Limbah yang

dihasilkan di pabrik gula terbagi menjadi beberapa jenis dan dilakukan

penanganan yang berbeda antara satu jenis limbah dengan limbah yang

lainnya. Jenis limbah yang dihasilkan pada produksi gula ini berupa limbah

cair, limbah padat, limbah udara, dan limbah B3 (Bahan Berbahaya dan

Beracun).

Limbah udara yang dihasilkan berasal dari pembakaran boiler serta dari

alat transportasi. Emisi partikulat dihasilkan dari gas buang boiler karena

bahan bakar yang digunakan berupa padatan (ampas). Selain itu, beberapa

pabrik gula juga mengalami masalah dengan debu ampas yang cukup halus,

sedangkan limbah gas, yakni CO2 umumnya melebihi ambang batas.

Proses penyerapan CO2 oleh mikroalga terjadi pada saat fotosintesis,

dimana CO2 digunakan untuk reproduksi sel-sel tubuhnya. Pada proses

fotosintesis tersebut selain memfiksasi gas CO2, juga memanfaatkan nutrien

yang ada dalam badan air (Borowitzka, 2005).Dengan peranan mikroalga

sebagai absorben CO2, mikroalga mampu menyerap CO2 secara maksimal

mencapai 76,73 mL per liter media per hari atau 0, 138 gram per liter per hari

pada volume kerja sebesar 1000 liter (Mulyanto, 2010)

Nutrien dalam proses ini dapat berasal dari material yang sengaja

ditambahkan atau dapat juga berasal dari material limbah cair. Penggunaan

limbah cair sebagai input nutrien penyerap emisi gas CO2 sekaligus

memperbaiki kualitas limbah cair dalam suatu areal industri (Green et al.,

14

1995). Alga juga membutuhkan nutrisi-nutrisi lain untuk mengoptimalkan

pertumbuhanya, yaitu nitrogen, phosphate, dan zat besi (Graham dan Wilcox,

2000).

Limbah padat yang dihasilkan diantaranya, abu, blotong, dan ampas.

Abu merupakan limbah yang dihasilkan dari pembakaran boiler, blotong

merupakan limbah padat dari proses penyaringan (Rotary Vacuum Filter),

dan ampas yang merupakan limbah hasil pemerahan nira pada stasiun

gilingan. Limbah cair yang dihasilkan terbagi menjadi dua bagian, yaitu

limbah cair berat dan limbah cair ringan. Limbah cair berat merupakan

limbah cair dengan kadar organik tinggi sedangkan limbah cair ringan

merupakan limbah cair yang mengandung kadar organik rendah (LPP, 2006).

Walaupun menghasilkan limbah padat, cair, gas, dan B3, masalah

lingkungan utama yang dihadapi pabrik gula adalah yang berkaitan dengan

limbah cair, baik karena volume maupun konsentrasi polutannya. Pengolahan

tebu menjadi gula dapat menghasilkan limbah cair sebanyak 1-2 m3/ton tebu.

Limbah padat pabrik gula berupa ampas, blotong, dan sisa ampas yang tidak

habis dipakai sebagai bahan bakar. Penanganan limbah padat relatif lebih

mudah dibandingkan limbah yang lain (LPP 2006).

Nitrat (NO3) dalam air limbah oleh mikroalga diperlukan sebagai

maknutrisi untuk sintesis protein dan pembentukan klorofil, asam nukleat

(DNA dan RNA) demikian juga dalam sintesis lemak-lemak tak jenuh seperti

omega (Sasson, 1991). Hara makro ini dapat diserap langsung oleh mikroalga

dalam bentuk N2. Sedangkan senyawa fosfat sebagai senyawa makro

bermanfaat bagi mikroalga untuk pertumbuhan sel untuk transformasi energi

fotosintesis dan pembentukkan klorofil (Kabinawa & Agustini, 2006).

15

Table 2. Karakteristik limbah agroindustri

Industri TS

(mg L-1

)

TP

(mg L-1

)

TN

(mg L-1

)

BOD

(mg L-1

)

COD

(mg L-1

)

Food processing

Palm oil mill

Sugar-beet

processing

Dairy

Corn milling

-

40

6100

1,100-

1,600

650

3

-

2,7

-

125

50

750

10

-

174

600-4,000

25

-

800-1,000

3,000

1,000-1,800

50

6,600

1,400-2,500

4,850

(Rajagopal et al, 2013).

Dari data yang diperoleh (Gunawan, 2010) menunjukkan bahwa pada

konsentrasi nitrogen 2 M secara umum menghasilkan laju pertumbuhan

mikroalga tertingi yaitu sebesar 1,4 OD 680 nm pada hari ke 15. sedangkan

pada konsentrasi nitrogen 0,5 M secara umum laju pertumbuhan terhambat

dengan pertumbuhan pada hari ke 15 yaitu hanya sebesar 1 OD 680

nm.Sedangkan penambahan nutrien dua hari sekali, hal ini dikarenakan

kebutuhan nutrien yang dibutuhkan mikroalga cukup besar yaitu 56,3% C,

8,6% N, dan 1,2%P dalam basis berat. Hal ini sesuai dengan Bold dan

Wyne(1985), yang menyatakan bahwa nitrogen adalah komponen yang

penting sebagai sumber nutrisi mikroalga untuk pertumbuhannya. Intensitas

cahaya yang mencukupi akan menghasilkan laju pertumbuhan yang baik,

dimana intensitas cahaya akan berpengaruh pada proses fotosintesis

mikroalga. Selain ketersediaan nutrien, laju pertumbuhan mikroalga juga

berhubungan dengan proses biokimia yang terjadi di dalam sel mikroalga.

Beberapa keuntungan penggunaan alga dalam proses pengolahan

limbah cair dalam industri antara lain, prinsip proses pengolahannya berjalan

alami seperti prinsip ekosistem alam sehingga sangat ramah lingkungan dan

tidak menghasilkan limbah sekunder. Keunggulan lainnya adalah pada proses

ini daur ulang nutrien berjalan sangat efisien dan menghasilkan biomass yang

dapat dimanfaatkan untuk berbagai kepentingan (De la noue et al., 1992).

16

4.2 Kultivasi Open Pond pada Mikroalga

Keuntungan dari penggunaan sistem open ponds dalam kultivasi

mikroalga adalah kebutuhan biaya awal dan operasional rendah (158.pdf).

Selain itu, Indonesia merupakan negara tropis yang mendapat sinar matahari

yang cukup, kelimpahan sinar matahari ini tentunya bisa dimanfaatkan salah

satunya untuk kultivasi mikroalga. Dalam pembahasan karya tulis ini, sistem

pengkultivasian mikroalga Chlorella sp adalah skala laboratorium

menggunakan prototipe dengan perbandingan disesuaikan dengan kolam

open pond pada skala luas. Prototipe dirancang menyerupai open pond dan

dilengkapi dengan pedal (paddle) sebagai pengatur sirkulasi biomassa dalam

prototipe.

Mikroalga Chlorella vulgaris akan dikultivasi pada prototipe open pond

dengan luas area total 4 x 2 m dan ketinggian max 100 cm. Chlorella sp yang

telah bercampur dengan air jernih dengan perbandingan 3:2, diberikan nutrisi

cair dari limbah agroindustri pabrik gula sebanyak 30% dengan perbandingan

dengan Chlorella sp yang dibiakkan dalam air 70%. Selama 14 hari Chlorella

sp dibiakkan dalam open ponds dengan nutrisi berasal dari limbah cair pabrik

gula.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Kabinawa dan Ni (2005),

tingkat prosentase reduksi kandungan NO3 dan PO4 oleh Chlorella

pyrenoidosa terhadap limbah cair industri susu adalah 69,8%, limbah cair

tapioka 82%, dan limbah cair kecap 100% untuk NO3, dan untuk PO4 adalah

berturut-turut 78,9%, 80%, 98,83%. Selain itu, sel akan mengalami lisis

setelah melewati hari ke-10. Pada dasarnya kandungan utama limbah cair

agroindustri baik itu industri susu, kecap, tahu, tapioka, maupun gula

memiliki karakteristik yang sama. Baik antara Chlorella pyrenoidosa dan

Chlorella sp merupakan satu genus yang sama yaitu Chlorella sp, anggota

Chlorella memiliki karakteristik yang hampir sama sehingga sulit dibedakan

baik dalam hal morfologi, fisiologi, dan zat yang terkandung di dalam sel.

Namun menurut Syahri (2009), untuk lipid yang dihasilkan adalah 7-20%

lebih tinggi Chlorella sp daripada Chlorella pyrenoidosa. Dari kandungan

17

lipid yang lebih besar ini juga akan mempengaruhi hasil biodiesel dari

mikroalga tersebut.

Chlorella sp dibiakkan dalam kolam sistem open ponds dalam waktu 14

hari untuk mendapatkan hasil yang optimal dan mengetahui tingkat

penyerapan Chlorella sp terhadap kandungan limbah pabrik gula yang

sengaja diberikan sebagai nutrisi. NO3, PO4, BOD, TSS, dan COD

merupakan kompenen utama dalam karya tulis ini untuk diteliti perubahannya

sebelum dan sesudah treatment dengan kolam biakan Chlorella sp.

Selanjutnya, hasil kulivasi Chlorella sp akan dimanfaatkan sebagai bahan

baku pembuatan biodiesel.

Dari hasil penelitian Kabinawa dan Ni (2005), diketahui prosentase

reduksi NO3 dan PO4 limbah cair kecap, tapioka, dan susu berturut-turut

adalah 100% dan 98,83%, 70,3% dan 74%, dan 69,8% dan 78,9%.

4.3 Pemanfaatan Mikroalga sebagai Biodiesel

Hasil dari pengolahan limbah agroindustri akan menghasilkan

mikroalga yang melimpah, mengingat mikroalga merupakan tumbuhan

tingkat rendah yang memiliki potensi sebagai penghasil bahan baku biodiesel.

Berdasarkan beberapa penelitian, mikroalga mempunayi kemampuan yang

sangat besar untuk menghasilkan minyak alami (lipid), lebih kurang 60% dari

berat kering (Sheehan et al. 1998). Untuk mendapatkan biodiesel maka

dilakukan proses esterifikasi dengan katalisator asam atau basa, yang

menghasilkan methyl ester. Methyl ester inilah yang selanjutnya disebut

sebagai biodiesel.

Berdasarkan sifat-sifat fisik (melting point, boiling point, cetane

number, viskositas dan heat of combustion value), Tabel 1, dari masing-

masing jenis asam lemak bebas dan ester-ester yang berkaitan (misal metil

palmitat, etil palmitat dll), maka minyak alga hasil ekstraksi dari Chlorella sp.

ini sangatlah berpotensi sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Berikut

table kandungan asam lemak pada mikroalga jenis Chlorella sp.

18

Tabel 3. Sifat-sifat fisik berbagai asam lemak dan metil-ester

Komposisi Berat

Molekul

Titik

leleh

( )

Titik

didih

( )

Cetane

number(dari

metil ester

yang

dihasilkan)

Kalor

pembakaran

(kal/mol) (dari

metal ester

yang

dihasilkan)

As.Laurat (C12:0)

As.Miristat (C14:0)

As.Miristoleat (C14:1)

As.Palmitat (C16:0)

As.Palmitoleat (C16:1)

As.Stearat (C18:2)

As.Oleat (18:1)

As.Linoleat (18:2)

As.Linolenat (C18:3)

200,322

228,376

-

256,430

254,412

284,484

282,468

280,452

278,436

44

58

-

63

-

71

16

-5

-11

131

250,5

-

350

-

360

286

229-230

230-232

61,4

66,2

-

74,5

51,0

61,7

55

42,2

22,7

1940

2254

-

2384,76

2521

2696,12

2828

2794

2750

Metal-laurat memiliki cetane = 61,4 dan kalor pembakaran = 1940 kkal/mol

Table 4. Sifat-sifat fisik standar biodiesel

Standar Uji Titik leleh Cetane number

(dari metal ester

yang dihasilkan)

Kalor

pembakaran

(kkal/mol)

ASTM-D975

FBI-S01-03

170-340

N.D

Min.40

Min.48

1300-3500

N.D

Knothe, 2005

Soerawidjaja, Tatang H. (personal communication)

N.D = not determined

Tabel 3 dan 4 juga menunjukkan bahwa sifat-sifat fisik, terutama titik

leleh, cetane number dan kalor pembakaran, dari metil ester berbagai jenis

asam lemak (Tabel 3) telah memenuhi standar uji untuk biodiesel (Tabel 4).

19

Minyak chlorella sp yang diperoleh dari hasil ekstraksi diubah menjadi

biodiesel melalui reaksi transesterifikasi trigliserida dengan metanol. Metanol

akan menggantikan gugus alcohol pada struktur ester minyak dengan dibantu

katalis KOH. Persamaan stoikiometri reaksi transsesterifikasi dengan

methanol adalah sebagai berikut.

Gambar 1. Persamaan Stoikiometri reaksi transesterifikasi trigliserida dengan

metanol

Menurut penilitian Triantoro (2008) biodiesel yang dihasilkan dari 10

kg mikroalga kering jenis Chlorella sp sebagai berikut.

Tabel 5. Biodiesel yang diperoleh dari 10 kg Chlorella sp kering

Kandungan Fatty acid

dalam Chlorella sp

(kg)

Hasil

Pengepresan

(kg)

Hasil

Penyulingan

(kg)

Methyi ester

(kg)

45%

50%

55%

60%

3,15

3,5

3,85

4,2

4,455

4,95

5,445

5,94

4,4

4,89

5,38

5,87

4.4 Rancang Prototipe

Alat yang digunakan berupa wadah plastik yang dimodifikasi

menyerupai sistem kultivasi open ponds seperti pada gambar berikut:

20

Gambar 2. Desain Prototipe Open Pond

Wadah biakan tersebut dilengkapi dengan pedal yang berfungsi sebagai

pengaduk media. Bahan yang dibutuhkan berupa mikroalga Chlorella sp, air

jernih dengan pH dijaga konstan, dan limbah agroindustri dari pabrik gula.

Selain itu mikroalga Chlorella sp secara otomatis akan menyerap CO2, dan

sinar matahari, maka dari itu prototipe diletakkan pada tempat terbuka untuk

kebutuhan fotosintesis Chlorella sp. Pada malam hari, ketersediaan cahaya

diganti dengan lampu (sumber cahaya aktif). Prototipe dilokasikan pada

tempat yang memiliki kadar CO2 hampir mendekati konstan.

21

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Mikroalga Chlorella sp bisa dijadikan alternatif sebagai solusi dalam

mengurangi limbah cair agroindustri.

2. Kultivasi mikroalga secara open ponds memiliki kelebihan berupa biaya

persiapan dan operasional yang rendah.

3. Mikroalga Chlorella sp bisa dijadikan sumber bahan bakar alternatif

biodiesel yang ramah lingkungan, dan dapat diperbaharui.

5.2 Saran

1. Dibutuhkan pengolahan mikroalga sebagai alternatif dalam mengolah

limbah cair agroindustri secara berkelanjutan.

2. Perlunya kultivasi mikroalga sebagai bahan dasar bahan bakar biodiesel

pengganti bahan bakar fosil yang kelimpahannya terus berkurang.