BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ketidakstabilan harga minyak mentah dan BBM serta pembengkakan subsidi merupakan pemberitaan hangat yang sedang dibahas akhir-akhir ini. Pembahasan ini menunjukkan bahwa minyak bumi masih menjadi sumber penyedia energi terbesar di dunia. Tingginya konsumsi masyarakat terhadap BBM, tidak diimbangi oleh produksi dan ketersediaan cadangan minyak. Sebagai dampak dari konsumsi BBM tersebut adalah tingginya tingkat pencemaran lingkungan melalui emisi yang dihasilkan, seperti CO2, NOx, SOx, dll [1].
Salah satu energi alternatif yang ramah lingkungan dan terbarukan adalah biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) atau sering disebut dengan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Limbah yang berasal dari pabrik kelapa sawit dapat diidentifikasi sebagai sumber energi potensial untuk menghasilkan bioenergi terbarukan dengan proses fermentasi anaerobik [2].
Dalam pengoperasian pabrik kelapa sawit, akan menghasilkan produk utama berupa Crued Palm Oil (CPO) dan Palm Kernel Oil (PKO), juga produk samping yaitu limbah padat maupun limbah cair serta polutan ke udara bebas [3]. LCPKS merupakan kombinasi dari air buangan yang dikeluarkan dari air kondensat pada proses sterilisasi, air dari proses klarifikasi, air hydrocyclone (claybath), dan air pencucian. LCPKS ini umumnya bersuhutinggi, berwarna kecoklatan, mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid [4] tidak dapat langsung dibuang ke perairan karena memiliki Chemical Oxygen Demand (COD) dengan konsentrasi tinggi hingga mencapai 100.000 mg/l [5], dan total solid (TS) 18,000-48,000 mg/l [6]. Konsentrasi COD yang tinggi tersebut menyebabkan diperlukannya pengelolaan LCPKS lebih lanjut untuk mencegah kerusakan pada lingkungan [7].
metana (CH4) dan 25-45% karbon dioksida (CO2) serta beberapa gas lain seperti hidrogen sulfida (H2S), N2, dan H2S dalam jumlah yang kecil [10].
Pembuatan biogas merupakan hasil proses digestasi anaerobik. Digestasi anaerobik adalah proses biokimia tanpa oksigen yang menguraikan senyawa organik kompleks oleh berbagai jenis mikroba anaerobik [9]. Proses ini melibatkan tiga jenis kelompok bakteri yang berbeda (bakteri fermentatif, asetogenik, dan metanogenik), dan ketiga jenis bakteri tersebut juga memiliki sifat fisiologi dan kebutuhan nutrisi yang berbeda pula. Jika ketiga bakteri ini bekerja pada kondisi yang sama maka akan terjadi ketidakseimbangan antara pembentukan asam dan metana sehingga waktu pembentukan biogas akan semakin lama. Oleh sebab itu, untuk mengatasi masalah ini maka banyak percobaaan dilakukan untuk memisahkan proses digestasi anaerobik ini menjadi dua tahap yang berbeda, yakni tahap asidogenesis dan metanogenesis [11].
Secara umum proses digestasi anaerob terdiri dari 4 tahapan, yaitu proses hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis dan metanogenesis [12]. Pada fase hidrolisis, hampir semua zat-zat organik yang terlarut yaitu karbohidrat, protein dan lemak terdekomposisi menjadi gula gula sederhana dan asam lemak [13]. Tahap kedua adalah asidogenesis, pada tahap ini produk yang telah dihidrolisa dikonversikan menjadi asam lemak volatil (VFA), alkohol, aldehid, keton, amonia, karbondioksida, air dan hidrogen oleh bakteri pembentuk asam. Asam organik yang terbentuk adalah asam asetat, asam propionat, asam butirat dan asam valerik [14]. Selanjutnya adalah tahap asetogenesis, yaitu penguraian asam butirat dan propionat oleh bakteri pembentuk asam menjadi asam asetat, gas H2, dan CO2 [15]. Pada fase metanogenesis, bakteri metanogen menghasilkan metana (biogas) dari asam asetat, H2, dan CO2. Mempertahankan suhu optimal untuk proses digestasi anaerobik adalah aspek klasik karena suhu yang bervariasi mempengaruhi tingkat keseluruhan proses digestasi, waktu retensi hidrolik (HRT), dan komposisi bakteri metanogen [16].
dari 80% dari patogen dan padatan tereliminasi, dan lebih efektif untuk mengubah padatan organik menjadi unsur hara terlarut dengan bantuan mikroorganisme [2]. Pada penelitian ini, peneliti tertarik untuk mengetahui proses loading up (pengaruh variasi HRT) dan pengaruh variasi pengadukan pada proses asidogenesis dengan menggunakan LCPKS pada temperatur termofilik untuk meningkatkan efektivitas proses digestasi anaerobik, sehingga dapat diaplikasikan ke skala yang lebih besar untuk memanfaatkan LCPKS menjadi biogas sebagai salah satu energi alternatif dan mengurangi pencemaran lingkungan.
Beberapa Penelitian Pembuatan Biogas yang telah dilakukan disajikan pada tabel 1.1 :
No. Peneliti Hasil
1. Yee Shian Wong, et al, 2013 [18]
Produksi asam lemak volatil (VFA) dari proses asidogenesis anaerobik limbah kelapa sawit dilakukan pengadukan secara terus-menerus di reaktor suspended closed anaerobic reactor (SCAR) pada temperatur mesofilik (35 ᵒC). Variasi volume reaktor yang dilakukan dari 375 mL, 450 mL, 560 mL, 750 mL dan 1125 mL dan waktu retensi hidrolik (HRT) dari 12, 10, 8, 6 dan 4 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa : Hydraulic Retention Time (HRT) : Produksi VFA (mg/L)
HRT 12 (12 hari) : 8.622,86±66,52 HRT 10 (10 hari) : 10.942,86±80,51 HRT 8 (8 hari) : 11.128,00±125,36 HRT 6 (6 hari) : 11.944,00±35,55 HRT 4 (4 hari) : 12.117,71±100,66 2. Q. Yuan, et al, 2011
[19]
Digestasi anaerobik dengan sampel dari limbah cair setempat (Winnipeg Selatan, Manitoba) di Kanada. Dioperasikan pada temperatur 4 ºC, 14 ºC dan 24,6 ºC dengan volume reaktor 1,3 L dengan variasi laju pengadukan adalah tanpa pengadukan dan 50 rpm. Diperoleh hasil pada semua variasi temperatur dimana VFA tertinggi dihasilkan pada reaktor berpengaduk.
al, 2014 [20] (LCPKS). Volume reaktor 3 L dengan variasi termofilik mesofilik 37 ºC dan termofilik 55 ºC. Diperoleh hasil tingkat pendegradasian COD pada temperatur termofilik lebih baik dari pada temperatur mesofilik. Begitu juga dengan asam lemak volatil (VFA) yang dihasilkan lebih banyak pada suhu termofilik.
4 Tabassum Mumtaz, et al, 2008 [60]
Pada penelitian ini, HRT yang paling baik adalah HRT 5 dengan laju pengadukan yang digunakan sebesar 150 rpm dan pengontrolan pH yaitu 6,5. Adapun hasil VFA yang diperoleh adalah 5000-14000 mg/L.
Dari beberapa penelitian terdahulu tersebut maka dapat disimpulkan bahwa adanya pengaruh yang ditumbalkan dengan dilakukannya pengadukan pada proses pengolahan limbah cair dengan cara digestasi anaerobik.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Laju pengadukan merupakan salah satu parameter yang sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroorganisme pada proses digestasi anaerob yang bertujuan agar pertumbuhan mikroorganisme merata di dalam fermentor. Oleh karena itu perlu diperhatikan laju pengadukan yang optimal untuk memperoleh pertumbuhan mikroorganisme yang baik.
Menurut penelitian dari Tabassum Mumtaz, et al, 2008 [60], pengaruh laju pengadukan yang digunakan dalam penelitian adalah sebesar 150 rpm dengan pengontrolan pH 6,5 diperoleh hasil VFA sebesar 5000-14000 mg/L. Dari penelitian tersebut bisa menjadi acuan selanjutnya yang mana, dapat memvariasikan laju pengadukan menjadi 50, 100, 150 dan 200 rpm untuk mengetahui laju pengadukan terbaik dalam proses asidogenesis LCPKS menjadi VFA.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui pengaruh variasi HRT dan mendapatkan HRT target pada proses asidogenesis LCPKS pada keadaan termofilik.
2. Mendapatkan pengaruh laju penagdukan dan laju pengadukan terbaik dalam proses asidogenesis LCPKS pada keadaan termofilik.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun yang menjadi manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Memberikan informasi mengenai pengaruh variasi HRT dalam proses asidogenesis LCPKS pada keadaan termofilik.
2. Memberikan informasi mengenai pengaruh variasi laju pengadukan dan laju pengadukan terbaik dalam proses asidogenesis LCPKS pada keadaan termofilik.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ekologi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan. Penelitian dilakukan menggunakan proses asidogenesis digestasi anaerobik menggunakan digester jenis Continous Stirred Tank Reactor (CSTR) dengan volume 2 liter. Adapun variabel-variabel dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Variabel tetap:
a. Starter yang digunakan berasal dari penelitian sebelumnya.
b. Jenis bahan baku atau umpan yang digunakan: LCPKS dari PKS Adolina PTPN IV.
c. pH : 6
d. Temperatur fermentor: 55 oC 2. Variabel divariasikan:
a. Variasi HRT yaitu 20; 15; 10 dan 4 hari.
Analisis yang akan dilakukan pada penelitian ini meliputi analisis cairan yang masuk dan keluar dari fermentor dan analisis biogas yang diproduksi. Adapun analisis cairan terdiri dari:
1. Analisis pH
2. Analisis M-Alkalinity (Metode Titrasi)
3. Analisis Total Solids (TS) (Metode Analisa Proksimat) 4. Analisis Volatile Solids (VS) (Metode Analisa Proksimat)
5. Analisis Total Suspended Solids (TSS) (Metode Analisa Proksimat) 6. Analisis Volatile Suspended Solids (VSS) (Metode Analisa Proksimat) 7. Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) (Metode Reflux Terbuka) 8. Analisis Volatile Fatty Acid (VFA) (Metode Kromatografi)
