PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN RASIO RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN AMBIENT SKRIPSI

(1)

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTION TIME

_(HRT)

DAN RASIO

RECYCLE SLUDGE

_{PADA PROSES}

ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA

SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN

AMBIENT

SKRIPSI

Oleh

AIDIL SAPUTRA

110405066

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTION TIME

_(HRT)

DAN RASIO

RECYCLE SLUDGE

_{PADA PROSES}

ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA

SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN

AMBIENT

SKRIPSI

Oleh

AIDIL SAPUTRA

110405066

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

SEPTEMBER 2015

(3)

(4)

(5)

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan

karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi

dengan judul “Pengaruh Hydraulic Retention Time (HRT) dan Rasio Recycle

Sludge pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

pada Keadaan Ambient”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di

Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi

ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini:

1. Penelitian ini memberikan informasi mengenai proses loading up dan

variasi rasio recycle sludge dalam proses digestasi anaerobik tahapan

asidogenesis.

2. Penelitian ini memanfaatkan limbah cair pabrik kelapa sawit dengan

menggunakan keadaan ambient sehingga lebih menghemat energi yang

umumnya digunakan untuk pemanas.

3. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai

pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak

mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan

terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:

1. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU.

2. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU dan sebagai Dosen Penguji

3. Ir. Bambang Trisakti MT selaku Pembimbing 4. Ir. Seri Maulina, MSChe, PhD selaku Penguji

5. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi

Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna,

(6)

iv

skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu

pengetahuan.

Medan, September 2015

Penulis

Aidil Saputra

(7)

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Orang tua penulis, Ayahanda Mayulis dan Ibunda Martina yang sangat

banyak memberikan dukungan moril maupun materil bagi penulis dalam

segala hal.

2. Saudara penulis Selvia Agustin, Ade Kurnia, Oki Dermawan, dan Marsya

Razita serta keluarga penulis yang telah memberikan saran dan semangat

dalam menyelesaikan studi.

3. Rekan penelitian M. Darul Nafis dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi,

Bg Basril Amirza Harahap, Bg Dedy Anwar, Bg Jeni Lubis, Intan Afrilia,

Ramlan, M. Darul Nafis, Rio Agung Prakoso, Ekuino Simanungkalit, Tri

Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan

Muksalmina.

4. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk

2011 terutama Yusrina Ika Putri, Yunasa Addien, Widya Gema Bestari,

Nadya Gema Bestari, Dwi Gita Ferani, Mutiara Mendopa, Rio Nazif,

Erlangga Wicaksana, Oktris Novali Gusti, William, Yos Pawer Ambarita,

Iloan Manalu, dan M. Fauzy Ramadhan Tarigan yang telah banyak

memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup dan

kenangan tak terlupakan kepada penulis.

5. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik

Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan

(8)

vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Aidil Saputra

NIM : 110405066

Tempat, tanggal lahir : Dumai / 26 Maret 1993 Nama Orang Tua : Mayulis dan Martina Alamat Orang Tua:

Jalan Ratu Sima No. 28, RT 005, Kelurahan Simpang Tetap Darul Ichsan, Kecamatan Dumai Barat, Kota Dumai, Riau

Asal Sekolah:

 TK Aisyiah tahun 1998–1999

 SD Negeri 010 Ratu Sima tahun 1999–2005  SMP Negeri 2 Dumai tahun 2005–2008  SMA Negeri Binaan Khusus tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh:

1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2012 2. Beasiswa Data Print tahun 2012

Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota Literatur dan Pengembangan.

2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Peningkatan Akademik dan Literatur.

3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara tahun 2013/2015 modul pulp, modul Resin Urea Formaldehid, dan Reaktor Fasa Cair.

(9)

ABSTRAK

Proses asidogenesis merupakan tahap pertama dari digestasi anaeobik dua tahap yang menghasilkan produk intermediet berupa Volatile Fatty Acid (VFA). Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh HRT dan recycle sludge pada proses asidogenesis LCPKS pada keadaan ambient. Proses loading-up dilakukan dengan variasi HRT mulai dari HRT 20 hari, 15 hari, 10 hari, 5 hari, dan 4 hari untuk mencapai operasi target. Operasi target dilakukan dengan variasi rasio recycle sludge 0%, 15%, 25% dan 35% dengan laju pengadukan 250 rpm dan temperatur ambient. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi VFA. Konsentrasi VSS tertinggi dan Reduksi VS tertinggi diperoleh pada rasio recycle sludge 25% sebesar 21.280 mg/l dan 14,24 %. Reduksi COD pada rasio recycle sludge 25% sebesar 24,19%.

(10)

viii

ABSTRACT

Acidogenesis process is the first stage of digestion anaeobik two stages that produce intermediate products in the form of Volatile Fatty Acids (VFA). This study aims to get the effect of HRT and recycle sludge at acidogenesis process LCPKS at ambient temperature. Loading-up process done with HRT variations ranging from 20 days of HRT, 15 days, 10 days, 5 days and 4 days to reach the target operation. The target operation performed by varying the ratio of the sludge recycle of 0%, 15%, 25% and 35% with a stirring rate of 250 rpm and ambient temperature. Analysis solids (TS, VS, TSS and VSS), COD and VFA conducted to review changes in the organic compounds that turn into VFA. The highest concentration of VSS and VS reduction obtained at ratio sludge recycle of 25% is 21 280 mg/l and 14,24%. COD reduction at ratio of sludge recycle of 25% is 24,19%

Keywords : acidogenesis, ambient, anaerobic digestion, recycle sludge, Volatile Fatty Acids (VFA).

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii

PRAKATA ... iiiii iiii

2.2 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SEBAGAI SUBSTRAT BIOGAS ... 10

(12)

x

2.5 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI DIGESTASI

ANAEROBIK 17

3.3.1 Analisis Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) ... 25

3.3.2 Loading Up dan Operasi Target ... 29

3.3.3 Prosedur Recycle... 29

3.3.4 Pengujian Sampel (Sampling) ... 29

3.4 FLOWCHART PENELITIAN ... 30

3.4.1 Flowchart Prosedur Analisis Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) dan Pengujian Sampel (Sampling) ... 30

3.4.2 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target ... 36

3.4.3 Flowchart Prosedur Recycle ... 37

3.5 JADWAL PENELITIAN ... 37

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39

4.1 KARAKTERISASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ... 39

4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP) ... 40

4.2.1 Profil pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up ... 40

4.2.2 Pengaruh Kondisi pH dan Alkalinitas terhadap Pertumbuhan

(13)

Mikroba ... 41

4.2.3 Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) pada Proses Loading Up ... 43

4.2.4 Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)Pada Proses Loading Up ... 44

4.3.5 Pengaruh pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas Pada Proses Loading Up ... 45

4.3 HASIL PENELITIAN PROSES OPERASI TARGET... 46

4.3.1 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Alkalinitas ... 46

4.3.2 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba . 48 4.3.3 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Vollatile Solid (VS) . 49 4.3.4 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) ... 51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 53

5.1 Kesimpulan ... 53

5.2 Saran ... 53

(14)

xii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Produksi Minyak Kelapa Sawit Dunia 7

Gambar 2.2 Pengolahan Minyak Kelapa Sawit yang Menghasilkan LCPKS 9

Gambar 2.3 Skema Proses Pengolahan Digestasi Anaerobik 12

Gambar 2.4 Pembentukan Monomer 13

Gambar 2.5 Klasifikasi Mikroorganisme Berdasarkan Suhu 19

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 24

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Analisis pH 30

Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity 31

Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS) 32

Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solid (VS) 33

Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solid (TSS) 33

Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solid (VSS) 34

Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) 35

Gambar 3.9 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target 36

Gambar 3.10 Flowchart Prosedur Recycle 37

Gambar 4.1 Hubungan pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up 41

Gambar 4.2 Pengaruh Kondisi pH dan Alkalinitas terhadap Pertumbuhan Mikroba 42

Gambar 4.3 Pengaruh Reduksi HRT terhadap Reduksi COD 43

Gambar 4.4 Pengaruh Reduksi HRT terhadap Pembentukan VFA 44

Gambar 4.5 Pengaruh Reduksi HRT terhadap rasio VFA/Alkalinitas 43

Gambar 4.6 Pengaruh Rasio RecycleSludge terhadap pH dan Alkalinitas pada

Operasi Target 46

Gambar 4.7 Pengaruh Rasio RecycleSludge terhadap Rerata Alkalinitas (Error

Bar Menyatakan Standar Deviasi) 47

Gambar 4.8 Pengaruh Rasio RecycleSludge terhadap Konsentrasi VSS pada

Operasi Target 48

Gambar 4.9 Pengaruh RecycleSludge terhadap Rata-rata Konsentrasi VSS

(Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 49

Gambar 4.10 Pengaruh Rasio RecycleSludge terhadap Reduksi VS 50

(15)

Gambar 4.11 Pengaruh Rasio RecycleSludge terhadap Rata-rata Reduksi VS (Error

Bar Menyatakan Standar Deviasi) 50

Gambar 4.12 Pengaruh Rasio RecycleSludge terhadap Degradasi Chemical

Oxygen Demand (COD) 51

Gambar C.1 Tangki Umpan 66

Gambar C.2 Fermentor 66

Gambar C.3 Botol Keluaran Fermentor (discharge) 67

Gambar C.4 Botol Penampung Biogas (Gas Collector) 67

Gambar C.5 Gas Meter 67

Gambar C.6 Rangkaian Peralatan 68

Gambar C.7 LCPKS Segar pada Temperatur Ambient 68

Gambar C.8 Effluent Fermentor untuk Proses Pengendapan 69

Gambar C.9 Peralatan Analisis M-Alkalinity 69

Gambar C.10 Detecting Tube Hasil Analisis Gas H2S dan CO2 70

Gambar C.11 Peralatan Analisis Padatan Tersuspensi (Vacuum Pump) 70

Gambar C.12 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) 71

Gambar C.13 Timbangan Analitik 71

Gambar C.14 Desikator 72

Gambar C.15 Oven 72

Gambar C.16 Furnace 73

Gambar D.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Lemak dalam LCPKS ... 74

Gambar D.2 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Protein dalam LCPKS ... 74

Gambar D.3 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Karbohidrat dalam LCPKS ... 75

Gambar D.4 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis VFA ... 76

(16)

xiv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Berbagai Penelitian Mengenai Pengolahan Anaerobik 3

Tabel 2.1 Produksi dan Ekspor Minyak Kelapa Sawit Indonesia, Malaysia dan

Thailand 7

Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit 10

Tabel 2.3 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit 10

Tabel 2.4 Produksi Biogas dan Metana Teoritis dari Karbohidrat,

Lemak dan Protein 11

Tabel 2.5 Beberapa Kelompok Enzim Hidrolisis dan Fungsinya 13

Tabel 2.6 Degradasi pada Tahap Metanogenesis 15

Tabel 2.7 Bahan Kimia yang Sering digunakan sebagai Sistem Penyangga 18

Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent 30

Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian 38

Tabel 4.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Adolina 39

Tabel A.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Adolina 59

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

Variasi Hydraulic Retention Time (HRT) 59

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

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

Tabel A.5 Data Hasil Analisis pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS, dan VSS pada

Variasi Recycle Sludge 62

Tabel A.6 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) pada

Variasi Recycle Sludge 63

Tabel B.1 Data Alkalinitas untuk Variasi Recycle Sludge 0% (HRT 4 hari) 65

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A DATA HASIL ANALISIS 59

A.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT 59

A.2 DATA HASIL PENELITIAN 59

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 65

B.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD 65

B.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI 65

LAMPIRAN C DOKUMENTASI 66

LAMPIRAN D HASIL UJI LABORATORIUM 73

D.1 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS LEMAK

DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) 73

D.2 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS

PROTEIN DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA

SAWIT (LCPKS) 73

D.3 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS

KARBOHIDRAT DALAM LIMBAH CAIR PABRIK

KELAPA SAWIT (LCPKS) 73

D.4 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS VOLATILE

(18)

xvi

DAFTAR SINGKATAN

BOD Biological Oxygen Demand

COD Chemical Oxygen Demand

CPO Crude Palm Oil

CSTR Continous Stirred Tank Reactor

FAS Ferro Amonium Sulfat

HRT Hydraulic Retention Time

LCPKS Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

OLR Organic Loading Rate

PKS Pabrik Kelapa Sawit

POME Palm Oil Mill Effluent

PTPN PT Perkebunan Nusantara

SRT Sludge Retention Time

TBS Tandan Buah Segar

TKKS Tandan Kosong Kelapa Sawit

TS Total Solid

TSS Total Suspended Solid

VFA Volatile Fatty Acid

VS Volatile Solid

VSS Volatile Suspended Solid