POTENSI PEMBENTUKAN ASAM ASETAT SEBAGAI SENYAWA ANTARA PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH PULP KAKAO UNTUK DIMANFAATKAN KEMBALI TESIS

(1)

No. Urut: 392/S2-TL/TML/2008

POTENSI PEMBENTUKAN ASAM ASETAT SEBAGAI

SENYAWA ANTARA PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH

PULP KAKAO UNTUK DIMANFAATKAN KEMBALI

TESIS

Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari

Institut Teknologi Bandung

Oleh

MAHENSA BILLQYS N. P.

NIM: 25305006

Program Studi Teknik Lingkungan

(2)

POTENSI PEMBENTUKAN ASAM ASETAT SEBAGAI

SENYAWA ANTARA PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH

PULP KAKAO UNTUK DIMANFAATKAN KEMBALI

Oleh

Mahensa Billqys N. P.

NIM : 25305006

Program Studi Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung

Menyetujui Tim Pembimbing

Tanggal ... Ketua,

(Dr. Ir. Mindriany Syafila, MS.)

Anggota,

(3)

Segala puji bagi Allah SWT tempatku mengadu dan memohon Rencana-Mu selalu indah dan pasti terbaik untukku. . .

Kupersembahkan untuk orang-orang yang sangat kukasihi dan berarti dalam hidupku Mamah, Papap, Adis, Uqys,

Nini dan Mamah Enin serta suamiku tercinta M. Oky Surya Gumilar

(4)

ABSTRAK

POTENSI PEMBENTUKAN ASAM ASETAT SEBAGAI

SENYAWA ANTARA PADA PROSES ASIDOGENESIS

LIMBAH PULP KAKAO UNTUK DIMANFAATKAN

KEMBALI

Oleh

Mahensa Billqys N.P.

NIM : 25305006

Proses pengolahan buah kakao menjadi biji kakao kering akan menghasilkan limbah pulp kakao yang sampai saat ini masih kurang termanfaatkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji kemungkinan pengolahan limbah cair pulp kakao melalui daur ulang limbah menjadi asam asetat secara anaerob dengan kultur curah (batch) menggunakan Circulating Bed Reactor yang terbuat dari flexyglass berkapasitas 6 L. Seeding dan aklimatisasi dilakukan sampai tercapai kondisi steady state, kemudian dilakukan pengoperasian dua buah reaktor CBR anaerob di dalam suhu ruang selama 20 hari. Flushing gas nitrogen dengan kemurnian 99,95% dilakukan terhadap salah satu reaktor (reaktor B-I) selama 10 menit di awal periode operasi untuk melihat pengaruh kehadiran O2 di dalam reaktor.

Pengambilan sampel harian dilakukan untuk analisis COD, VSS, alkohol, asam asetat, pH dan komposisi gas dengan periode waktu tertentu. Pengukuran asam asetat dengan konsentrasi tertinggi sebesar 27.517,7 mg/L diperlihatkan oleh reaktor A-I dengan kehadiran O2 sedangkan reaktor B-I tanpa kehadiran O2

menghasilkan asam asetat dengan konsentrasi sebesar 15.035,5 mg/L.

Percobaan II dilakukan menggunakan dua reaktor selama 20 hari. Salah satu reaktor diberikan flushing gas nitrogen secara terus menerus untuk melihat pengaruh kehadiran H2 di dalam reaktor. Konsentrasi asam asetat yang diperoleh

reaktor B-II (tanpa kehadiran H2) sebesar 21.650,35 mg/L sedangkan reaktor A-I

dengan kehadiran H2 menghasilkan asam asetat sebesar 21.482,52 mg/L.

Keberadaan gas O2 akan menyebabkan alur pembentukan asam asetat berlangsung

sacara aerob dan terjadi lebih cepat (reaktor A-I). Pada reaktor tanpa O2 alur

pembentukan asam asetat mulai bergeser ke arah anaerob sehingga berlangsung lebih lambat (reaktor B-I). Sedangkan pada reaktor dengan flushing terus-menerus (Reaktor B-II), mengakibatkan H2 terusir dari reaktor sehingga

pembentukan asam asetat berlangsung relatif lebih cepat dibandingkan dengan dengan reaktor yang hanya diflushing di awal. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kehadiran O2 di dalam reaktor mempengaruhi alur pembentukan asam

asetat dan H2 di dalam reaktor akan menghambat pembentukan asam asetat.

(5)

ABSTRACT

FORMATION POTENCIAL OF ACETIC ACID AS

INTERMEDIATE COMPOUND FROM ACIDOGENESIS

PROCESS OF COCOA SWEATINGS

FOR RECOVERY PURPOSE

By

Mahensa Billqys N.P.

NIM : 25305006

The conversion of cocoa fruit to dried cocoa beans generates cocoa pulp waste which has not been well utilized. This research objective is to study the possibility of cocoa sweatings treatment to produce intermediate compound i.e. acetic acid. It is run on anaerobic Circulating Bed Reactor which is made from flexyglass that have 6 L capacities and operated in batch system. Seeding and aclimatization is conducted until steady state. The operation of Circulating Bed Reactor (CBR) running I is carried out for 20 days at room temperature. Nitrogen flushing of 99,95 % purity is established in the beginning of operation at one of two reactor used to see influence of O2 presence in the forming potencial of acetic acid.

Checking of COD, VSS, alcohol, acetic acid, pH is done during the operation in 24 hours-basis. Gas analysis performed on certain time period. Result of acetic acid analysis indicates that reactor with attendance of O2 (reactor A-I) produce the

highest concentration of acetic acid of 27.517,7 mg/L while the reactor without existence of O2 produced acetic acid concentration of around 15.035,5 mg/L.

Then operation CBR running II is conducted by offer continous nitrogen flushing for one of two reactor to observe effect of H2 presence in the reactor. Reactor

without H2 presence in the reactor (reactor B-II) was produce concentration of

acetic acid approximately 21.650,35 mg/L. While reactor with attendance of H2 in

the reactor (reactor A-II) generous concentration of acetic acid just about 21.482,52 mg/L. Existence of certain amount of O2 in reactor, hence the acetic

acid formation follows the aerobic pathway (reactor A-I). Nitrogen flushing in the early periode caused concentration of O2 is relatively low so that is concluded that

acetic acid formation reach the anaerobic pathway and run slowly (reactor B-I). Reactor among continous nitrogen flushing, concluded that acetic acid formation stay on anaerobic pathway from beginning of reaction (reactor B-II) because H2

has not established in the reactor and operate faster than reactor B-I. This research shows that the O2 presence in the reactor affect acetic acid formation pathway and

existence of H2 in the reactor would block acetic acid formation.

(6)

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

(7)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan segala rahmat dan karunia yang tiada hentinya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Penulisan tesis ini merupakan salah satu syarat kelulusan program pasca sarjana di Departemen Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung.

Judul penulisan tugas akhir ini adalah Potensi Pembentukan Asam Asetat sebagai Senyawa Antara pada Proses Asidogenesis Limbah Pulp Kakao untuk Dimanfaatkan Kembali yang disusun setelah melakukan penelitian pada Laboratorium Penelitian Kualitas Air Departemen Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung.

Penulisan Laporan Tesis ini merupakan suatu proses pendewasaan diri yang telah memberikan banyak hikmah dan manfaat bagi penulis, karena membutuhkan waktu yang cukup panjang dan penuh perjuangan di dalamnya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah memberikan dukungan dan bantuan, berupa ilmu, hasil pertukaran pikiran, saran, bimbingan, dan nasehat selama proses penyelesaian tesis ini.

Terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan kepada Dr. Ir. Mindriany Syafila MS. dan Dr.-Ing. Marisa Handayani, ST. MT. selaku dosen pembimbing dan co pembimbing atas segala arahan, panduan dan bimbingan dalam penelitian dan penyusunan tesis. Terima kasih atas kesempatannya untuk menimba ilmu dan pengalaman berharga yang selama ini belum penulis dapatkan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Enri Damanhuri, sebagai dosen wali yang banyak memberikan bekal, nasehat dan perhatian yang sangat besar kepada penulis.

(8)

Terima kasih penulis sampaikan kepada Dr. Barti Setiani Muntalif selaku dosen penguji dan koordinator seminar dan tesis serta Dr. Dwina Roosmini selaku dosen penguji atas segala saran dan masukan yang sangat berarti dalam penulisan tesis ini. Juga kepada Dr. Ir. Agus Jatnika Effendi selaku ketua jurusan dan Dr. Ir. Indah Rahmatiah, selaku sekretaris jurusan Program Studi Teknik Lingkungan Institut Teknologi Bandung yang selalu memberikan kemudahan dan perhatian yang sangat besar bagi mahasiswanya, serta seluruh dosen pengajar di jajaran Departemen Teknik Lingkungan ITB yang telah membekali ilmu pengetahuan yang berarti selama penulis melaksanakan studi

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada seluruh karyawan Departemen Teknik Lingkungan ITB yang turut serta membantu kelancaran penulis selama berada di ITB baik dalam proses administrasi maupun akademik khususnya kepada Ibu Mimin serta Pak Nana atas segala bantuannya selama penulis mengerjakan tesis, juga kepada Laboratorium Kualitas Air tempat penulis mengerjakan tesis. Terima kasih kepada Ibu Ilen beserta staff, Andri, Asri juga kepada Ibu Djuju dan Didit terima kasih atas segala bantuannya selama penulis melaksanakan tesis. Tak lupa pula penulis ucapakan terimakasih atas kemudahan yang diberikan oleh Pak Denden, Staff Perkebunan Kakao di updelling Cipatat dalam pengambilan limbah pulp kakao yang digunakan sebagai objek penelitian.

Kepada rekan-rekan Magister TL-05 terima kasih atas persahabatan yang terjalin selama penulis melaksanakan kuliah, khususnya kepada geng foodcourt Ira, Teh Ai, Yanti, Kania, Indri, dan Mila yang senantiasa memberikan pencerahan dengan kunjungan wisata kulinernya. Ucapan terima kasih yang khusus kepada Mbak Siwi, terima kasih telah menjadi partner yang selalu memotivasi penulis, memberikan saran, masukan dan tambahan ilmu pengetahuan yang amat berharga. Terima kasih atas kebersamaannya dalam menghadapi hari-hari yang penuh perjuangan, keberadaan dan support-nya membuat pengerjaan tesis ini terasa lebih ringan.

Pada kesempatan ini penulis juga ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada rekan-rekan dari Satker (05) Dinas Perkebunan dan Rekan-rekan PPTSP. Terima

(9)

kasih atas support, pengertian dan bantuannya untuk mengambil alih beberapa pekerjaan penulis selama pengerjaan tesis ini

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu penyelesaian tesis magister ini dan tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Akhir kata, semoga penulisan tesis ini dapat memberikan manfaat bagi semua pihak. Saran dan kritik mengenai tesis ini sangat penulis harapkan.

Bandung, Februari 2008

(10)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ………...………... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR LAMPIRAN ... xii

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ...………...…….. xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Maksud dan Tujuan Penelitian ... 4

I.3. Waktu dan Tempat Penelitian ... 5

I.4. Ruang Lingkup Penelitian ... 5

I.5. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ……… 7

II.1. Tanaman Kakao (Theobroma cacao L.) ... 7

II.1.1. Botani Tanaman Kakao ... 8

II.1.2. Karakteristik Buah dan Biji Kakao ... 11

II.1.3. Pengolahan Biji Kakao ... 12

II.1.4. Limbah Cair Pulp Kakao ... 20

II.2. Pengolahan Limbah Secara Biologi ... 23

II.2.1. Mikroorganisme Mix Culture (Kultur Campuran) 23 II.2.2. Circulating Bed Reactor (CBR) ... 25

II.2.3. Pengolahan Limbah secara Anaerob ... 25

II.2.4. Mikroorganisme yang Berperan dalam Proses Anaerob ... 29

II.2.5. Alur Degradasi Komponen Organik secara Anaerob ... 30

(11)

II.2.6. Recovery Limbah Pulp Kakao ... 37

II.2.7. Asam Asetat ... 38

II.2.8. Vinegar ... 40

BAB III BAHAN, ALAT DAN METODE KERJA ... 44

III.1. Bahan Penelitian ... 44

III.2. Alat Penelitian ... 45

III.3. Metode Kerja ... 45

III.3.1. Persiapan Awal ... 45

III.3.2. Seeding dan Aklimatisasi ... 47

III.3.3. Pengoperasian Circulating Bed Reaktor (CBR)- Anaerob ... 47

III.3.4. Parameter yang dianalisa ... 48

III.3.5. Analisis Data ... 51

III.3.6. Penyusunan Laporan ... 51

BAB IV DATA HASIL DAN PEMBAHASAN ... 42

IV.1. Seeding dan Aklimatisasi ... 52

IV.2. Pengoperasian Reaktor CBR – Anaerob ... 59

IV.2.1 Pengaruh Kehadiran O2 Terhadap Pembentukan Asam Asetat ... 59

IV.2.2 Pengaruh Kehadiran H2 Terhadap Pembentukan Asam Asetat ... 70

IV.3. Neraca Massa ... 78

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 82

V.1. Kesimpulan ... 82

V.2. Saran ... 82

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel I.1. Perkembangan Luas Areal, Produksi dan produktivitas

Kakao di Indonesia ... 1

Tabel II.1. Komposisi Kimia Lendir Biji Kakao ... 22

Tabel III.1. Karakteristik Limbah Cair Pulp Kakao ... 46

Tabel III.2. Parameter Pengujian pada Percobaan CBR – Anaerob ... 38

Tabel IV.1. Data Hasil Pengamatan selama Seeding dan Aklimatisasi ... 53

Tabel IV.2. Penyisihan Konsentrasi COD ... 60

Tabel IV.3. Laju Penyisihan Etanol ... 62

Tabel IV.4. Laju Pembentukan TAV ……….. 61

Tabel IV.5. Laju Pembentukan Asam Asetat ………...….. 67

Tabel IV.7. Perbandingan Nilai VSS Reaktor ……… 72

(13)

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1. Tanaman kakao (Theobroma cacao L.) ... 9

Gambar II.2. Penampang Melintang dan Memanjang Buah Kakao ... 11

Gambar II.3. Kotak-Kotak Fermentasi Biji Kakao ... 14

Gambar II.4. Pengeringan Biji Kakao dengan Penjemuran ... 18

Gambar II.5. Tungku untuk Mengeringkan Biji Kakao ... 19

Gambar II.6. Biji Buah Kakao Kering ... 18

Gambar II.7. Skema Proses Anaerob (hidrolisis,asidogenesis, dan metanogenesis) ... 28

Gambar II.8. Rangkaian Hasil Metabolisme dalam Proses Anaerob ... 25

Gambar II.9. Produk Akhir Fermentasi Pemecahan Glukosa ... 27

Gambar III.1. Tahapan Penelitian ... 44

Gambar III.2. Circulating Bed Reaktor ... 46

Gambar IV.1. Penyisihan COD pada Aklimatisasi Reaktor dengan Perbandingan Volume Larutan Gula:Limbah (100:0) ... 52

Gambar IV.2. Biofilm Mikroorganisme yang Terbentuk pada Reaktor Selama Percobaan ... 54

Gambar IV.3. Fluktuasi Jumlah VSS pada Aklimatisasi Reaktor dengan perbandingan Volume Larutan Gula:Limbah (100:0) ... 54

Gambar IV.4 Penyisihan COD pada Aklimatisasi Reaktor dengan perbandingan Volume Larutan Gula:Limbah (70:30) ... 55

Gambar IV.10 Reaktor CBR pada Percobaan I ... 60

Gambar IV.11. Penyisihan COD Limbah Cair Kakao pada Percobaan I selama 20 Hari ... 61

(14)

selama 20 Hari ... 62

Gambar IV.13. Penyisihan Persentase Turbiditas Limbah Cair Kakao pada

Percobaan I selama 20 Hari ... 63

Gambar IV.14. Perubahan Konsentrasi Etanol Limbah Cair Kakao pada

Gambar IV.15. Pembentukan TAV Limbah Cair Kakao pada Percobaan I

Gambar IV.16. Pembentukan Asam Asetat Limbah Cair Kakao pada

Gambar IV.17. Penurunan pH Limbah Cair Kakao pada Percobaan I selama

20 Hari ... 67

Gambar IV.18. Komposisi Gas Reaktor A pada Percobaan I selama 20 Hari 68

Gambar IV.19. Komposisi Gas Reaktor A pada Percobaan I selama 20 Hari 69

Gambar IV.20. Reaktor CBR pada Percobaan II ………... 70

Gambar IV.21. Penyisihan COD Limbah Cair Kakao pada Percobaan II

Gambar IV.22. Fluktuasi Jumlah VSS Limbah Cair Kakao pada Percobaan

II selama 20 Hari ... 73

Gambar IV.23. Penyisihan Persentase Turbiditas Limbah Cair Kakao pada

Percobaan II selama 20 Hari ... 73

Gambar IV.24. Perubahan Konsentrasi Etanol Limbah Cair Kakao pada

Gambar IV.25. Pembentukan TAV Limbah Cair Kakao pada Percobaan II

Gambar IV.26. Pembentukan Asam Asetat Limbah Cair Kakao pada

Gambar IV.27. Penurunan pH Limbah Cair Kakao pada Percobaan II selama

20 Hari ... 76

Gambar IV.28. Komposisi Gas Reaktor A pada Percobaan II selama 20 Hari

... 77

Gambar IV.29. Komposisi Gas Reaktor B pada Percobaan II selama 20 Hari

... 78

Gambar IV.30. Neraca Massa Reaktor A pada Percobaan I selama 20 Hari ... 79

Gambar IV.31. Neraca Massa Reaktor B pada Percobaan I selama 20 Hari ... 79

Gambar IV.32. Neraca Massa Reaktor A pada Percobaan II selama 20 Hari .. 80

(15)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Data Hasil Penelitian Percobaan I ... 88

Lampiran B Data Hasil Penelitian Percobaan II ... 90

Lampiran C Pemeriksaan Chemical Oxygen Demand (COD) ... 92

Lampiran D Pemeriksaan Volatile Suspended Solid (VSS) ... 94

Lampiran E Pemeriksaan Kadar Alkohol ... 95

Lampiran F Pemeriksaan Total Asam Volatil (TAV) ... 96

Lampiran G Pemeriksaan Kadar Asam Asetat ... 97

Lampiran H Skema Pengolahan Buah Kakao Menjadi Biji Kakao Kering ... 98 Lampiran I Dokumentasi Peralatan yang Digunakan ... 99

Lampiran J Metabolisme Mikroorganisme ... 102

(16)

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

SINGKATAN Nama Pemakaian pertama kali

pada halaman

CBR Circulating Bed Reactor i

COD Chemical Oxygen Demand i

VSS Volatile Suspended Solid i

TAV Total Asam Volatil 5

KTI Kawasan Timur Indonesia 8

DR Djati Runggo 10

UAH Upper Amazon Hybrid 10

kwh kilo watt hours 26

BTU British Thermal Units 26

TSS Total Suspended Solid 45

BOD Biological Oxygen Demand 45

DO Disolve Oxygen 45

FAS Ferro Amonium Sulfat 49

TCD Thermal Conductivity Detector 50

LAMBANG

O2 Rumus kimia gas oksigen i

Hg+ Rumus kimia ion merkuri 3

Mn2+ _{Rumus kimia ion mangan} ₃

Cu Rumus kimia tembaga (cuprum) 3

CO2 Rumus kimia karbon dioksida 3

pH Derajat keasaman 5

C12H22O11 Rumus kimia amilum/pati 12

H2O Rumus kimia air 12

C6H12O6 Rumus kimia glukosa 12

C2H5OH/ CH3CH2OH

(17)

Fe Rumus kimia besi (ferrum) 22

K Rumus kimia kalium 22

Na Rumus kimia natrium 22

Ca Rumus kimia kalsium 22

Mg Rumus kimia magnesium 22

H2 Rumus kimia gas hidrogen 27

CH3COOH Rumus kimia asam asetat 27

CH3CH2CH2COOH Rumus kimia asam butirat 27

CH3CH2COOH Rumus kimia asam propionat 27

CH4 Rumus kimia metana 28

CH3COCOOH Rumus kimia piruvat 32

CH3CHO Rumus kimia asetaldehid 32

K2Cr2O7 Rumus kimia kalium dikromat 49

H2SO4 Rumus kimia asam sulfat 80