BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Bagian terbesar dari kebutuhan energi di dunia selama ini telah ditutupi oleh bahan bakar fosil. Konsumsi sumber energi fosil seperti minyak dan batu bara dapat menimbulkan pengaruh negatif terhadap lingkungan, yaitu dapat menimbulkan penambahan konsentrasi CO2 di atmosfir dan juga kehabisan sumber energi fosil secara cepat. Limbah merupakan pilihan yang menjanjikan untuk memproduksi bahan bakar bio yang merupakan sumber energi alternatif. Hal ini juga dapat membantu untuk menstabilkan limbah yang dapat mengganggu komunitas lingkungan [1].
Salah satu energi alternatif yang ramah lingkungan dan dapat terbarukan adalah biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) atau yang sering disebut dengan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Limbah kuat yang berasal dari pabrik kelapa sawit dapat diidentifikasi sebagai sumber energi potensial untuk menghasilkan bioenergi terbarukan dengan proses fermentasi anaerobik [2]. Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik kelapa sawit berupa POME (Palm Oil Mill Effluent) yang berasal dari air kondensat pada proses sterilisasi sebesar 15-20%, air dari proses klarifikasi dan sentrifugasi sebesar 40-50%, dan dari proses hydrocyclone (claybath) sebesar 9-11%. LCPKS umumnya bersuhu tinggi, berwarna kecoklatan, mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa
koloid dan residu minyak dengan kandungan COD (Chemical Oxygen Demand)
yang tinggi. Limbah cair juga bersifat asam dengan pH 3,5-5, dengan nilai COD
yang tinggi dan kisaran pH yang rendah ini, mengakibatkan terjadinya pencemaran lingkungan bila limbah cair minyak sawit langsung dibuang ke lingkungan [3]
[4]. Proses anaerob merupakan proses yang kompleks dengan melibatkan berbagai kelompok bakteri. Masing-masing kelompok bakteri yang terlibat mempunyai subsrat tertentu antara lain kelompok bakteri hidrolitik hanya memanfaatkan substrat berupa senyawa organik dengan molekul besar seperti karbohidrat, protein dan minyak lemak, kelompok bakteri asidogen hanya dapat memanfaatkan substrat yang lebih sederhana dengan molekul organik penguraian dari sebelumnya, sedangkan bakteri astogen hanya memanfaatkan asam organik rantai sedang. Selanjutnya produk akhir dari kelompok bakteri pembentuk asam berupa asam asetat akan dimanfaatkan oleh bakteri metanogen asetotrof untuk membentuk gas metan sedangkan gas yang dihasilkan berupa gas CO2 dan H2 akan dimanfaatkan oleh kelompok bakteri metanogen hidrogenotrof untuk membentuk gas metan [2].
Energi biogas didominasi oleh gas metan (60-70%), karbondioksida (30-40%), dan beberapa gas lain dalam jumlah kecil [5]. Tingkat kandungan H2S umumnya dari 100 sampai 2000 ppm. Pada umumnya, untuk mengetahui potensi produksi biogas dapat diestimasi dari volatile solid (VS) dari umpan di dalam digester dan persentase dari reduksi VS. Laju produksi gas yang rentangnya berubah-ubah dapat dilihat dari kandungan VS di dalam sludge umpan dan tingkat aktivitas biologis di dalam digester [6].
Dalam penelitian ini, variabel tetap yang digunakan adalah suhu yaitu mesofilik (35oC) sebagai tahap awal penyesuaian dan termofilik (55oC) sebagai variabel tetap untuk variasi pengadukan. Potensi keuntungan dari termofilik dibandingkan dengan mesofilik adalah penambahan inaktivasi kerja bakteri pathogen sehingga sangat baik untuk peningkatan reduksi volatile solid (VS). Selain itu, suhu termofilik juga dapat meningkatkan laju produksi biogas [7].
bagi pertumbuhan bakteri yang bekerja mengubah bahan organik menjadi metan. Dengan pengadukan, lebih dari 80% dari patogen dan padatan tereliminasi, dan lebih efektif untuk mengubah padatan organik menjadi unsur hara terlarut dengan bantuan mikroorganisme [8].
Beberapa penelitian sebelumnya mengenai pengaruh pengadukan dan pengenceran terhadap produksi biogas dan penghilangan zat organik telah dilakukan dari bahan baku yang berbeda-beda.
Tabel 1.1 Beberapa artikel yang berhubungan dengan pengaruh pengadukan terhadap produksi biogas [9,10,8,11,12,13.14,15].
Peneliti Judul Artikel Hasil
Hadi and el-azeem, 2008 [9]
Pengaruh pemanasan,
pengadukan, dan tipe digester
pada produksi biogas dari
kotoran sapi
Penelitian ini dilakukan secara batch dalam kondisi anaerobik menggunakan digester tipe vertikal dan horizontal. Yield biogas dan metan tertinggi pada digester vertical (pemanasan (38,1oC) pengadukan) (468,1 L/kg TS; 284,1 L/kg OTS), dibanding horizontal (353,1 L/kg TS; 233,7 L/kg OTS). Triakuntini,
dkk, 2014 [10]
Pengaruh pengenceran dan
pengadukan pada produksi
biogas dari limbah rumah
makan dengan menggunakan
starter ekstrak rumen sapi
Penelitian ini menggunakan 10 reaktor dengan jumlah limbah 4 kg dan rumen 1,5 L dengan variasi penambahan air sebanyak 6000, 4000, 2600, 1500, dan 670 ml. 5 reaktor pertama diberikan pengadukan sedangkan 5 lainnya tanpa pengadukan. Reaktor dengan pengenceran 6000 ml menghasilkan gas terbanyak, yaitu reaktor 1(1032,02 ml) dan 6 (1196,99 ml).
Luthfianto, dkk, 2012 [8]
Pengaruh macam limbah
organik dan pengenceran
terhadap produksi biogas dari
bahan biomassa limbah
peternakan ayam terbaik ditunjukkan pada pengadukan 4 jam/hari suhu termofilik (550C), dengan penyampuran kotoran ayam dengan eceng gondok, pengenceran 1:3 efisiensi perombakan COD 78,46% dibandingkan dengan frekuensi pengadukan 8 jam/hari dan suhu mesofilik (370C) sebesar 76,23%. Angkara,
dkk, 2013 [11]
pengaruh pengenceran dan
pengadukan terhadap
produksi biogas pada limbah
industry kecil pengasapan ikan
dengan menggunakan starter
ekstrak rumen sapi
Penelitian ini berskala laboratorium dengan kapasitas digester 500 ml dan sampel limbah pengasapan ikan pari dan ekstrak rumen sapi sebgaai starter. Kadar biogas terbanyak pada pengadukan 3 kali,sampel yang tidak dihaluskan dan dengan pengenceran 150 ml sebanyak 800 mL biogas. Dibandingkan dengan pengadukan 1 kali sampel dihaluskan dengan pengenceran 100 ml menghasilkan biogas 249 Ml
biodigester fixdome dengan
pengenceran dan penambahan
agitasi
Penelitian ini dilakukan skala laboratorium dan skala semi pilot dengan kapasitas digester 20 L dan 9 m3. Perlakukan pengenceran dan pengadukan. Produksi biogas tertinggi pada rasio pengenceran 1:3 + agitasi (18 m3/hari) dan tanpa agitasi (6,62 m3/hari) (dua kali lipat). Efisiensi perombakan COD, TS, VS pada rasio pengenceran 1:3 dengan agitasi yaitu 78,45; 82,56; 82,75%.
2012 [13] dari kotoran sapi untuk produksi methane: efek
pengadukan
menggunakan kotoran sapi yang dicampur. Digester kering + pengadukan memproduksi methane 0,35 LCH4/kg VS (7,5% lebih tinggi dari yang tidak diaduk). Efisiensi pengurangan material organik mengalami penambahan 9,73% dalam masa dari VS.
Irawati, dkk, 2013 [14]
Pengaruh pengadukan dan
variasi feeding pada sampah
rumah makan terhadap laju
produksi biogas dengan
penambahan rumen sapi (Bos
Taurus) sebagai activator
Penelitian ini menggunakan 2 reaktor besar dan 3 reaktor kecil, limbah yang digunakan untuk reaktor besar adalah 2,5 kg limbah, 1,3 L rumen sapi, dan 12,3L penambahan air. Pada reaktor 1 + pengadukan mengalami penurunan COD paling besar (12383-8716 mg/l) dibandingkan reaktor 2 (tanpa pengadukan) (9366,67 mg/L). Untuk produksi biogas, reaktor 1 83,8 L). Reaktor 2 (9,29 L). untuk reaktor kecil dilakukan variasi umpan (60 gr, 2a; 180 gr, 2b; 240 gr, 2c). hasil menunjukan produksi biogas terbesar pada reaktor 2c (337 ml) dibanding 2a (233 ml) dan 2b (313 ml).
Wisnu, dkk, 2013 [15]
Pengaruh pengenceran dan
pengadukan limbah dapur
daerah bulusan (studi kasus
rasio c/n 17 : 1) terhadap
peningkatan produksi biogas
dengan menggunakan ekstrak
rumen sapi sebagai starter
pengadukan dengan penambahan air 150 ml
Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan diatas, kami ingin melakukan penelitian dengan hanya menggunakan satu proses yaitu metanogenesis yang berbahan baku hasil keluaran (effluent) berupa asam-asam lemak rantai pendek yang dihasilkan dari reaktor asidogenesis. Selain itu juga menggunakan pengadukan sebagai variabel yang divariasikan dengan tujuan untuk melihat seberapa besar pengaruh pengadukan terhadap produksi biogas dan penghilangan (reduksi) zat organik.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Adapun yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
Bagaimana pengaruh pengadukan terhadap perubahan pH dan alkalinitas, produksi biogas, reduksi zat-zat organik (total solid (TS) dan volatile solid (VS)), serta Chemical Oxygen Demand (COD). Selain itu juga dikaji bagaimana pengadukan dapat memperngaruhi kondisi kehidupan mikroorganisme (bakteri metanogenik) dalam menghasilkan biogas yang dilihat dari nilai Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS).
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:.
1. Memperoleh profil proses metanogenesis dari perubahan nilai pH, alkalinitas,
total solid (TS) dan volatile solid (VS), Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS).
2. Mendapatkan pengaruh pengadukan terhadap pH dan alkalinitas, reduksi
senyawa organik (total solid (TS) dan volatile solid (VS)), produksi biogas, serta COD.
3. Mendapatkan kecepatan pengadukan yang optimum untuk menghasilkan
produksi biogas tertinggi.
4. Mendapatkan pengaruh pengadukan terhadap kondisi mikroorganisme dalam menghasilkan biogas yang dilihat dari nilai Total Suspended Solid (TSS),
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun Manfaat dari penelitian yang akan dilakukan antara lain yaitu :
1. Memperoleh kondisi pengadukan yang baik (optimum) untuk menghasilkan
biogas serta dalam penghilangan zat organik seperti TS, VS, dan COD.
2. Memberikan informasi mengenai pembuatan biogas berbahan baku asam
limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dengan proses metanogenesis untuk
dikembangkan ke skala yang lebih besar (pilot plant).
3. Memperoleh data dan informasi untuk menghasilkan biogas dengan kondisi yang optimum pada proses metanogenesis untuk dikembangkan pada penelitian selanjutnya.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Ekologi Departemen Teknik
Kimia Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara, Medan. Adapun ruang lingkup
dan batasan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Substrat yang digunakan adalah asam limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS)
yang diperoleh dari effluent tahap asidogenesis.
2. Proses yang digunakan adalah digestasi anaerobik sistem kontinu dengan
menggunakan reaktor CSTR (Continous Stirred Tank Reactor) bervolume 2
liter.
3. Variabel yang ditetapkan pada penelitian ini adalah suhu mesofilik (35oC)
sebagai tahap penyesuaian, termofilik (55oC) untuk variasi pengadukan, pH
6,9-7,5, alkalinitas ≥ 2500 mg/L.
4. Hydraulic Retention Time (HRT) yang digunakan adalah HRT 0, 40, 10 pada
loading up dan 4 hari.
5. Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah pengadukan yaitu 50,
100, 150, dan 200 rpm.
6. Analisa yang dilakukan meliputi analisa sampel cair dan sampel gas.
Analisa sampel cair meliputi :
a. Analisa M-alkalinity dengan metode titrasi
c. Analisa Total Solid (TS), Volatile Solid (VS), Total Suspended Solid (TSS), dan
Volatile Suspended Solid (VSS) dengan metode gravimetri sesuai dengan SNI
06-6989.3-2004 dan Standard Methods for Examination of Water and
Wastewater [34].
d. Analisa Chemical Oxygen Demand (COD) yang dilakukan di Balai Teknik
Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BTKLPP) kelas I Medan
dengan metode .
Sedangkan untuk analisa biogas meliputi :
a. Analisa H2S menggunakan gastec detecting tube No. 4HM
