PERANCANGAN DAN PABRIKASI
PEMBUATAN PUPUK ORGANIK AKTIF
DARI EFFLUENT PENGOLAHAN LANJUT
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
(LCPKS) SKALA PILOT PLANT
SKRIPSI
Oleh
Basril Amirza Harahap
080405019
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FEBRUARI 2014
PERANCANGAN DAN PABRIKASI
PEMBUATAN PUPUK ORGANIK AKTIF
DARI EFFLUENT PENGOLAHAN LANJUT
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
(LCPKS) SKALA PILOT PLANT
SKRIPSI
Oleh
Basril Amirza Harahap
080405019
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERS
YARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FEBRUARI 2014
i
PER
NYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PERANCANGAN DAN PABRIKASI PEMBUATAN PUPUK ORGANIK AKTIF DARI EFFLUENT PENGOLAHAN LANJUT LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) SKALA PILOT PLANT
Yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, Februari 2014
Basril Amirza Harahap NIM 080405009
iii
P
RAKATA
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 “Perancangan dan Pabrikasi Pembuatan Pupuk Organik Aktif dari Effluent Pengolahan Lanjut Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Skala Pilot Plant”, 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 bagaimana perancangan dan pabrikasi dari pembuatan pupuk organik cair dalam skala pilot plant.
2. Penelitian ini memberikan informasi tentang bagaimana cara mengatasi faktor–faktor pengganggu dalam perancangan dan pabrikasi pembuatan pupuk organik cair dalam skala pilot plant.
3. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit.
4. Penelitian ini mewujudkan proses (zero emission dan zero waste).
5. Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam jurnal yang berjudul “Kajian Awal Pembuatan Pupuk Cair Organik dari Effluent Pengolahan Lanjur Limbah Cair Pabrik kelapa Sawit” di DepartemenTeknik Kimia.
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 Pembimbing.
2. Metawater Co. Ltd. – Jepang sebagai Penyandang Dana. 3. Mr. Yhosimasa Tomiuchi dari Metawater Co. Ltd.
4. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T selaku dosen penguji. 5. Ir. Bambang Trisakti, M.Si selaku dosen penguji.
iv
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Februari 2014
Penulis
v
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda Alm. Abdul Rahmat dan Ibunda Basrah yang sangat banyak memberikan dukungan moril maupun bantuan materil bagi penulis dalam segala hal.
2. Saudara penulis Jamillah Rahmi dan Khairul Affriansya Sinaga serta Ibu Zubaidah, telah memberi semangat dan saran dalam menyelesaikan studi. 3. Rekan Penelitian Dedy Anwar serta rekan-rekan LPPM Community yaitu
Bg.Zoeliadi, Juliananta Sitepu, Alfy Syahrin T, Jhon Almer S Pasaribu, Elton Jhon M Situmeang, Febriansyah Ansari R, Riki Handoko, Vandi Desriandy, dan Kharis Munandar Tanjung.
4. Teman Sejawat, adik dan abang/kakak senior Teknik Kimia terutama stambuk 2008 yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Basril Amirza Harahap NIM: 080405019
Tempat / Tanggal Lahir: Medan / 24 desember 1990 Nama Orang Tua: Abd. Rahmat
Alamat Orang Tua: Jl. M. Yacob Gg. Siddiq No. 31 Medan 20233
Asal Sekolah:
• SD Negeri 060877 Medan tahun 1996–2002
• SMP Negeri 35 Medan tahun 2002–2005
• SMA Josua Medan tahun 2005–2008
Pengalaman Organisasi / Kerja:
• Covalen Studi Grup (CSG) 2010-2011 sebagai Anggota Bidang Kreativitas dan Minat
• Asisten Lab. Kimia Fisika tahun 2010–2012 modul Berat Molekul Volatil
vii
ABSTRAK
Penelitian ini merupakan pengkajian terhadap rancangan pilot plant pupuk organik cair. Penelitian ini bertujuan merancang proses pembuatan pupuk cair organik aktif dari effluent pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) menjadi biogas, kalibrasi dan mendapatkan unjuk kerja perlatan utama dan aksesoris serta mengatasi faktor-faktor pengganggu dalam proses pembuatan pupuk organik aktif pada skala pilot plant. Bahan yang digunakan adalah Effluent
pengolahan lanjut LCPKS dengan starter berupa campuran molase, ragi dan
EM-4. Analisa yang dilakukan adalah analisa kalibrasi yaitu uji kebocoran dan uji temperatur. Variabel yang diamati adalah Total Solid (TS), Volatile Solid (VS),
Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS), Chemical Oxygen Demand (COD), dan Uji kandungan pupuk. Penelitian dimulai dari pembuatan
starter dilanjutkan dengan loading rate mulai dari HRT 2500 dan diamati pada HRT 100, 90 dan 80 hari. Perancangan bioreaktor dengan volume 5000 mm3 dengan tekanan hidrostatik sebesar 1,952 atm. Kalibrasi pompa umpan pada bioreaktor menunjukkan peningkatan pada volume tiap detiknya, dan digunakan waktu pengumpanan sebesar 5,28 detik, serta pompa recycle diatur 25% dari umpan per harinya sebanyak 12,5 liter dengan waktu 21,6 detik. COD effluent
awal pada pengolahan 8.600 mg/l menurun hingga 1.580 mg/l.
viii ABSTRACT
This study is an assessment of the design of the pilot plant liquid organic fertilizer . This study aims to design a manufacturing process of the active organic liquid fertilizer effluent wastewater treatment plant palm oil (LCPKS) into biogas, calibration and get major equipment performance and accecoris and overcome any confounding factors in the process of making organic fertilizer active on the pilot plant scale. The material used is a further processing Effluent starter LCPKS with a mixture of molasses, yeast and EM-4. The analysis is the analysis of the calibration is carried out leakage test and test temperature. The variables measured were Total Solid (TS), Volatile Solid (VS), Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS), Chemical Oxygen Demand (COD), and test content of fertilizers. The study starts from the manufacture of starter followed by a loading rate ranging from HRT HRT observed at 2500 and 100, 90 and 80 days. The design of bioreactors with a volume of 5000 mm3 with a hydrostatic pressure of 1.952 atm. The bioreactor feed pump calibration showed an increase in volume per second, and is used when the feed was 5.28 seconds, and the recycle pump is set 25% of feed per day to 12.5 liters with a time of 21.6 seconds. Early in the processing effluent COD 8,600 mg/l decreased to 1.580 mg/l.
ix
D
AFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiv
DAFTAR LAMPIRAN xv
DAFTAR SINGKATAN xvi
DAFTAR SIMBOL xvii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT 5
2.2 UNSUR-UNSUR HARA DALAM LCPKS 7
2.3 EFFLUENT 7
2.4 PUPUK 9
2.5 PUPUK ORGANIK 12
2.6 PUPUK ORGANIK AKTIF ATAU PUPUK
ORGANIK CAIR 13
x
2.8 JENIS-JENIS REAKTOR DAN CONTOH
REAKTOR 15
2.9 PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN FLUIDA 19
2.9.1 PENGADUKAN 19
2.9.2 JENIS-JENIS IMPELLER YANG
DIGUNAKAN PADA BIOREAKTOR DAN
POLA ALIRANNYA 21
2.9.3 KEBUTUHAN DAYA PADA REAKTOR
TANGKI BERPENGADUK 22
2.10 STUDI PILOT PLANT 23
2.11 DATA PERHITUNGAN SCALE UP 25
2.12 ANALISA BIAYA 26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 31
3.1 LOKASI PENELITIAN 31
3.2 BAHAN PENELITIAN 31
3.3 PERALATAN 31
3.4 PERALATAN AKSESORIS 35
3.5 FLOWSHEET PILOT PLANT 37
3.6 PROSEDUR PENELITIAN 39
3.6.1 KOMISIONING ALAT 40
3.6.2 KALIBRASI ALAT 40
3.6.3 PREPARASI UMPAN 40
3.6.4 LOADING UP DAN OPERASI TARGET 41
3.7 PENGUJIAN SAMPEL 41
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 43
4.1 PERANCANGAN DAN PABRIKASI PILOT PLAT 43
4.1.1 BIOREAKTOR 43 4.1.2 PEMEKAT GRAVITI 47 4.1.3 MIXING TANK 48 4.1.4 TANGKI TIMBUN 49 4.1.5 PERALATAN AKSESORIS 51 4.2 GRAFIK KALIBRASI 57
xi
4.2.1 GRAFIK KALIBRASI POMPA BIOREAKTOR 57
4.2.2 GRAFIK KALIBRASI POMPA RECYCLE 58
4.2.3 GRAFIK KALIBRASI PENURUNAH SUHU
BIOREAKTOR 59
4.2.4 GRAFIK KALIBRASI PENURUNAN SUHU
BIOREAKTOR 60
4.3 GRAFIK LOADING RATE HRT PILOT PLANT 61
4.4 PENGUJIAN BIOREAKTOR AEROBIK
BERDASARKAN KADAR COD 62
4.5 KANDUNGAN PUPUK ORGANIK AKTIF 63
4.6 FAKTOR-FAKTOR PENGGANGGU PADA PILOT
PLANT DAN PENANGANANNYA 64
4.5.1 FAKTOR-FAKTOR PENGGANGGU 64
4.5.2 PENANGANAN FAKTOR PENGGANGGU 64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 65
5.1 KESIMPULAN 65
5.2 SARAN 65
DAFTAR PUSTAKA 67
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Pengolahan POME Sistem Kolam Terbuka (Lagoon) 6
Gambar 2.2 Effluent dari Digester Anaerobik 8
Gambar 2.3 Tabel Klasifikasi Reaktor Menurut Mode Operasi 15
Gambar 2.4 Reaktor Tangki Berpengaduk 17
Gambar 2.5 Reaktor Tangki Berpengaduk, Sistem Batch dan Kontinu 17
Gambar 2.6 Contoh Reaktor Tangki Berpengaduk Komersial 18
Gambar 2.7 Bejana dengan Pengaduk Propeller Berdaun Tiga dan
Baffle 20
Gambar 2.8 Jenis-Jenis Pengaduk 20
Gambar 2.9 Tangki Berpengaduk Turbin dengan 6 Daun dan Pola
Alirannya 21
Gambar 2.10 Jenis-Jenis Impeller dan Pola Aliran 22
Gambar 2.11 Langkah-Langkah Pengembangan Scale Up 25
Gambar 3.1 Teknikal Bioreaktor Anaerobik 32
Gambar 3.2 Teknikal Pemekat Gravitasi 33
Gambar 3.3 Teknikal Tangki Pengaduk 34
Gambar 3.4 Storage Tank 35
Gambar 3.5 Flowsheet Pembuatan Pupuk Organik Aktif Skala Pilot
Plant 38
Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Penelitian 39
Gambar 4.1 Bioreaktor 43
Gambar 4.2 Turbin 44
Gambar 4.3 Paddle 44
Gambar 4.4 Bioreaktor dan Coil Pendingin Pada Bioreaktor 46
Gambar 4.5 Pemekat Gravitasi 47
Gambar 4.6 Pemekat Graviti 48
Gambar 4.7 Tampilan Luar dan Dalam Tangki Pencampur 49
Gambar 4.8 Storage Tank 50
xiii
Gambar 4.10 Beberapa Pompa yang Dipakai dalam Penelitian 52
Gambar 4.11 Perpipaan dengan Penggunaan Flange 52
Gambar 4.12 Visualisasi Thermocouple 53
Gambar 4.13 Tampilan Kompresor 53
Gambar 4.14 Motor (kanan) dan Gear Box (kiri) 54
Gambar 4.15 Control Panel Sisi Luar dan Susunan Dalam 54
Gambar 4.16 Tampilan Water Trap 55
Gambar 4.17 Level Sensor dan Level Indikator 55
Gambar 4.18 Sistem Overflow 56
Gambar 4.19 Sistem Overflow pada Bioreaktor 56
Gambar 4.20 Grafik Kalibrasi Kapasitas Pompa Tangki Umpan 57
Gambar 4.21 Grafik Kalibrasi Kapasitas Recycle 58
Gambar 4.22 Grafik Kalibrasi Suhu 59
Gambar 4.23 Grafik Loading Rate HRT Pilot Plant 60
Gambar 4.24 Grafik Pengujian Bioreaktor Berdasarkan Penurunan
Kadar COD 61
Gambar A-1 Pabrikasi Bioreaktor 69
Gambar A-2 Modifikasi Tangki Bioreaktor 69
Gambar A-3 Modifikasi Graviti Thickener 70
Gambar A-4 Modifikasi Tangki Pencampuran 70
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Menyangkut Pengolahan Limbah
Menjadi Pupuk 2
Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit 5
Tabel 2.2 Standar Mutu Limbah Cair Industri Minyak Sawit 6
Tabel 2.3 Komposisi Nutrisi pada Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit 7
Tabel 2.4 Komposisi Keluaran ( Effluent ) Digester Anaerobik 8
Tabel 2.5 FertilizerProduction, Tahun 2002 – 2010 10
Tabel2.6 Fertilizer Consumption On Domestic Market And Export
Market, Tahun 2002-2010 10
Tabel 2.7 Persyaratan Teknis Minimal Pupuk Organik 14
Tabel 2.8 Spesifikasi Pabrikasi dan Operasional Pembuatan Pupuk
Cair Organik Skala Pilot Plant 26
Tabel 2.9 Perincian Gaji Pegawai 28
Tabel 4.1 Spesifikasi Bioreaktor dan Aksesorisnya 46
Tabel 4.2 Spesifikasi Pemekat Graviti 48
Tabel 4.3 Spesifikasi Tangki Pengaduk 49
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DOKUMENTASI 69
A.1 Pabrikasi Tangki 69
A.2 Modifikasi Peralatan Utama Pembuatan Pupuk
Cair Organik 70
xvi
DAFTAR SINGKATAN
HRT Hidraulyc Retention Time
pH power of Hydrogen
ppm part per million
LCPKS Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
CPO Crude Palm Oil
PKS Pabrik Kelapa Sawit
COD Chemical Oxygen Demand
BOD Biologi Oxygen Demand
TS Total Solid
VS Volatile Solid
TSS Total Suspended Solid
VSS Volatile Suspended Solid
xvii
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
C Carbon H Di Udara N Nitrogen P Phospat K Kalium S Sulfur CH4 Methana Mg Magnesium
