Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Pada Kondisi Ambient : Pengaruh Variasi Laju Pengadukan Terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Menggunakan Reaktor Semi Batch

(1)

Universitas Sumatera Utara

ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

PADA KONDISI

AMBIENT

_{: PENGARUH VARIASI LAJU}

PENGADUKAN TERHADAP PEMBENTUKAN

VOLATILE

FATTY

ACID

_{(VFA) MENGGUNAKAN}

REAKTOR SEMI

BATCH

SKRIPSI

Oleh

SAPRIN

120405004

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

PADA KONDISI

AMBIENT

: PENGARUH VARIASI LAJU

PENGADUKAN TERHADAP PEMBENTUKAN

VOLATILE

FATTY

ACID

_{(VFA) MENGGUNAKAN}

REAKTOR SEMI

BATCH

SKRIPSI

Oleh

SAPRIN

120405004

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

i

(4)

(5)

iii

(6)

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Orang tua penulis, Ayahanda Michwar Zaini Lubis, Ibunda Asnia Lintang, Kak Yanni Esmita, Kak Herawati, Kak Efri Hawani, Bang Khoiruddin Lubis, Bang Fakhrurrozi, Bang Munirzan Lubis, Zul Fadly Lubis dan Ilman Mursid yang sangat banyak memberikan dukungan moril maupun materil bagi penulis dalam segala hal.

2. Rekan penelitian Yudi Riswanto dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi, Bg Dedy Anwar, M Reza Rahmadhan, Aulia Fitri, Jonathan D manurung, Oby Vijay Sitorus, Yosua Agust, Reguel Nababan dan Ricky Kristian Purba.

3. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk 2012 yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

4. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.

(7)

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Saprin NIM : 120405004

Tempat, tanggal lahir : Pakantan Dolok/ 14 Januari 1993

Nama Orang Tua : Michwar Zaini Lubis dan Asnia Lintang Alamat Orang Tua:

Huta Gambir, Kecamatan Pakantan, Mandailing Natal, Sumatera Utara

Asal Sekolah:

 SD Negeri 142652 tahun 2000–2006  SMP Negeri 1 Pakantan tahun 2006–2009  SMA Negeri 1 Kotanopan tahun 2009–2012 Beasiswa yang pernah diperoleh:

1. Beasiswa Bidik Misi tahun 2014–2016 Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2015/2016 sebagai anggota Hubungan Masyarakat

2. Covalen Study Group (CSG) periode 2014/2015 sebagai anggota Peningkatan Akademik dan Literatur

3. Ikatan Alumni SMA N 1 Kotanopan

(8)

ABSTRAK

Proses asidognesis merupakan tahap pertama dalam proses digestasi anaerobik. Proses asidognesis menghasilkan volatile fatty acid (VFA) yang menjadi substrat untuk tahap metanognesis dalam memproduksi biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi laju pengadukan serta mendapatkan kondisi laju pengadukan terbaik dengan menggunakan reaktor semi batch dalam proses asidogenesis menggunakan Limbah Cair Pabrik Kelapa sawit (LCPKS) pada keadaan ambient. Proses dilakukan dengan memvariasikan laju pengadukan fermentor Reaktor Semi Batch, yaitu 200 rpm, 250 rpm dan 300 rpm dengan kondisi pH 5,5 ± 0,2. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi VFA pada asidogenesis. Pembentukkan VFA total tertinggi dicapai pada variasi laju pengadukan 200 rpm yakni 6.721,685 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing sebesar 3.192,605 mg/L, 1.309,477 mg/L, dan 2.219,604 mg/L, dengan degradasi VS dan COD masing-masing sebesar 29,5960 % dan 3,5714 % dan rasio VFA/Alkalinitas 2,4006.

(9)

vii

ABSTRACT

Acidogenesis process is first step in anaerobic digestion process. Acidogenesis process produce volatile fatty acid (VFA) as a substrat in methanogenesis process to produce biogas. This research aimed to obtain effect of agitation also obtain the best agitation of the semi batch reactor in asidognesis process of palm oil mill effluent (POME) at ambient condition. Operation was done of the semi batch reactor by varying the agitation 200 rpm, 250 rpm and 300 rpm with pH 5,5. Analysis for solids (TS, VS, TSS, and VSS), COD, and VFA are being done to study the conversion of organic compounds to VFA during acidogenesis. The highest VFA of 6.721,685 mg/L are formed at 200 rpm with the concentrations of acetic acid, propionic acid, and butyric acid are 3.192,605 mg/L, 1.309,477 mg/L, and 2.219,604 mg/L, respectively through the VS and COD degradation of 29,5960 % and 3,5714 %, respectively and VFA/Alkalinity ratio is 2,4006.

(10)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... i

PENGESAHAN ... ii

1.2 Perumusan Masalah 2

1.3 Tujuan Penelitian 2

1.4 Manfaat Penelitian 3

1.5 Ruang Lingkup Penelitian 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (Lcpks) 5

2.2 Potensi Produksi Biogas Dari LCPKS 7

2.3 Proses Digestasi Anaerobik 7

2.3.1 Hidrolisis 8

2.3.2 Asidogenesis 8

2.3.3 Asetogenesis 9

2.3.4 Metanogenesis 10

2.4 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Performa Digestasi

Anaerob 10

2.4.1 Temperatur Operasi 10

(11)

ix

2.4.3 Ukuran Partikel 11

2.4.4 Laju Pengadukan 12

2.4.5 Organic Loading Rate (OLR) 12

2.4.6 Retention Time 13

2.5 Analisa Ekonomi 13

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 16

3.1 Lokasi Penelitian 16

3.2 Bahan Dan Peralatan 16

3.2.1 Bahan-Bahan 16

3.2.2 Peralatan 16

3.3 Tahapan Penelitian 17

3.3.1 Analisis Bahan Baku 17

3.3.2 Variasi Laju Pengadukan 17

3.4 Analisis Data 18

3.4.1 Analisis pH 18

3.4.2 Analisis M-Alkalinity 18

3.4.3 Analisis Total Solids (TS) 18

3.4.4 Analisis Volatile Solids (VS) 19 3.4.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS) 19

3.4.6 Analisis Volatie Suspended Solids (VSS) 20 3.4.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) 21

3.4.8 Analisis Soluble Chemical Oxygen Demand (SCOD) 21

3.5 Analisis Gas 22

3.6 Flowchart Penelitian 23

3.6.1 Flowchart Prosedur Analisis Data 23

3.6.1.1 Flowchart Prosedur Analisis pH 23

3.6.1.2 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity 24

3.6.1.3 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids

(TS) 25

3.6.1.4 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids

(12)

3.6.1.5 Flowchart Prosedur Analisis Total

Suspended Solids (TSS) 26

3.6.1.6 Flowchart Prosedur Analisis Volatile

Suspended Solids (VSS) 27

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28

4.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 28 4.2 Pengaruh Laju Pengadukan pada Proses Asidogenesis 29

4.2.1 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Alkalinitas Profil Pertumbuhan Mikroba, dan Volatile Solid

(VS) 29

4.2.2 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Reduksi

Chemical Oxygen Demand (COD) 36

4.2.3 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Pembentukkan

Volatile Fatty Acid (VFA) 39

4.2.4 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Rasio

VFA/Alkalinitas 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 44

5.1 Kesimpulan 44

5.2 Saran 44

(13)

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Empat Fase Pembuatan Biogas Secara Garis Besar 7

Gambar 2.2 Konversi Total VFA menjadi Biogas 14

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 17

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Analisis pH 23

Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity 24 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS) 25 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS) 26 Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids (TSS) 26 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solids

(VSS) 27

Gambar 4.1 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Alkalinitas 30 Gambar 4.2 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Rata-Rata Alkalinitas

(Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 30 Gambar 4.3 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Profil Pertumbuhan

Mikroba 31

Gambar 4.4 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Pertumbuhan Mikroba

Terbaik 31

Gambar 4.5 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Volatile Solid (VS) 32 Gambar 4.6 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Volatile Solid (VS)

Terbaik 32

Gambar 4.7 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Reduksi Volatile Solid

(VS) 33

Gambar 4.8 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) dan Soluble Chemical Oxygen

Demand (SCOD) 37

Gambar 4.9 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Reduksi Chemical

Oxygen Demand (COD) 38

Gambar 4.10 Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada Laju

(14)

Pengadukan 250 rpm 40

Pengadukan 300 rpm 40

Gambar 4.13 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Pembentukan VFA 41 Gambar 4.14 Pengaruh laju Pengadukan Terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 42

Gambar C.1 Tangki Penyimpanan LCPKS 55

Gambar C.2 Fermentor 55

Gambra C.3 Alat Pengukur Volume Gas 56

Gambar C.4 Peralatan Analisis M-Alkalinity 56

Gambar C.5 Cawan untuk Analisis Total Solid (TS) 57 Gambar C.6 Cawan untuk Analisis Total Suspended Solid (TSS) 57 Gambar C.7 Cawan untuk Analisis Volatile Solid (VS) dan Volatile

Suspended Solid (VSS) 57

Gambar C.8 Timbangan Analitik 58

Gambar C.9 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) 58

Gambar C.10 Desikator 59

Gambar C.11 Oven 59

(15)

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Karakteristik LCPKS sebelum dilakukan pengolahan 6 Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit Menurut

Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup 6 Tabel 2.3 Volume Pembentukan Biogas dari Jumlah VFA yang Terbentuk 14 Tabel 4.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN III PKS

Rambutan 28

Tabel A.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN III PKS

Rambutan 49

Tabel A.2 Data Hasil Analisis pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan VSS

pada Variasi Laju Pengadukan 50

Tabel A.3 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) pada

Variasi Laju Pengadukan 52

Tabel A.4 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)

pada Variasi Laju Pengadukan Hari ke-4 52 Tabel A.5 Data Perhitungan Rasio VFA/Alkalinitas pada Variasi Laju

Pengadukan Hari ke-4 52

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A DATA HASIL ANALISA 49

A.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit 49 A.2 Data Hasil Penelitian Variasi Laju Pengadukan 50

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 53

B.1 Perhitungan Reduksi COD 53

B.2 Perhitungan Standar Deviasi 53

LAMPIRAN C DOKUMENTASI 55

LAMPIRAN D HASIL UJI LABORATORIUM 60

D.1 Hasil Uji Laboratorium Untuk Analisis Lemak Dalam Limbah Cair

Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 60

D.2 Hasil Uji Laboratorium Untuk Analisisis Protein Dalam Limbah Cair

Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 61

D.3 Hasil Uji Laboratorium Untuk Analisis Karbohidrat Dalam Limbah