PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT)
DAN pH PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH
CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR TERMOFILIK
SKRIPSI
Oleh
ENDAH V HUTABARAT
110405079
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT)
DAN pH PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH
CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA
MENGGUNAKAN TEMPERATUR TERMOFILIK
SKRIPSI
Oleh
ENDAH V HUTABARAT
110405079
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN pH
PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN TEMPERATUR TERMOFILIK
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi
ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan
sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya
ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima
sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, Juni 2016
Endah V Hutabarat
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang
berjudul “Pengaruh Hydraulic Retention Time (HRT) dan pH pada Proses
Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Menggunakan
Temperatur Termofilik” 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 pH dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis.
2. Penelitian ini memanfaatkan limbah cair pabrik kelapa sawit dengan
menggunakan temperatur termofilik, sehingga membutuhkan energi yang
lebih besar untuk pemanas. Meskipun begitu, pada temperatur termofilik
diperoleh hasil yang lebih baik dibandingkan proses yang dilangsungkan
pada temperatur yang lebih rendah.
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. Ir. Bambang Trisakti, MT selaku Pembimbing
2. Ir. Seri Maulina, MSChe, PhD selaku Penguji
3. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Penguji
4. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi
5. Dr. Eng Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia
Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna,
kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi
pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Juni 2016
Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Orang tua penulis, Bapak Edwin Hutabarat dan Mama Ida Siagian yang
sangat banyak memberikan dukungan moril maupun materil bagi penulis
dalam segala hal.
2. Saudara penulis Ruth Hutabarat dan Wita Hutabarat serta keluarga penulis
yang telah memberikan saran dan semangat dalam menyelesaikan studi.
3. Rekan penelitian Khairul Fahmi, dan rekan-rekan LPPM yaitu Bang Dedy
Anwar, Bang Zoeliadi, Aidil Saputra, Christianto Sitio, Ekuino
Simanungkalit, Intan Afrilia, M. Darul Nafis, Muksalmina, Ramlan, Rio
Agung Prakoso, Tri Putra Pasaribu, Yola Melida dan adik-adik 2012 yang
penelitian tentang biogas di LPPM.
4. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk
2011 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
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN pH
PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN TEMPERATUR TERMOFILIK
dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana
Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
Mengetahui, Medan, Juni 2016
Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T. Ir. Bambang Trisakti, M.T.
ABSTRAK
Asidogenesis adalah proses yang kompleks dimana mikroba anaerob mengurai senyawa organik menjadi asam organik molekul rendah (Volatile Fatty
Acid/VFA).Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan Hydraulic Retention Time (HRT) terbaik pada proses asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) menggunakan temperatur termofilik. Variasi HRT yang digunakan adalah 20, 15, 10 dan 4 hari, dilangsungkan di dalam Continuos Stirred Tank
Reactor (CSTR) dengan kondisi pengadukan 200 rpm, pH 6±0,2 dan temperatur
55 oC. Variasi pH dilakukan pada HRT 4 dengan memvariasikan pH fermentor
pada 6,0, 5,5, 5,0 dan 4,5. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang terkonversi menjadi VFA. Pertumbuhan mikroba yang stabil ditandai dengan konsentrasi VSS yang meningkat diperoleh pada HRT 4 dengan reduksi COD tertinggi yaitu sebesar 52,9%. Sedangkan total pembentukan VFA dan rasio VFA/alkalinitas tertinggi diperoleh pada variasi HRT 20 dengan nilai masing-masing sebesar 6.992,9 mg/L dan 3,43. pH terbaik diperoleh pada variasi 5, dengan total VFA yang terbentuk yaitu 9.723,9 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing sebesar 4.455,6; 1.544,5 dan 3.723,8 mg/L, dengan reduksi COD sebesar 44% dan rasio VFA/Alkalinitas 12,6
ABSTRACT
Acidogenesis is a complex process in which anaerobic microorganism collaboratively decompose organic compounds to volatile fatty acid. This research aimed to obtain the optimal Hydraulic Retention Time (HRT) in the acidogenesis process using Palm Oil Mill Effluent (POME) at thermophilic temperature. Initially, the suitable loading up was determined by varying the HRT 20, 15, 10 and 4 days in the continuous stirred tank reactor (CSTR) with mixing rate 200 rpm, pH 6,0 ± 0.2, and temperature 55oC. Next, suitable pH was determined by varying the pH at 6,0; 5,5; 5,0 and 4,5. Analysis solids (TS, VS, TSS and VSS), COD and VFA conducted to assess changes in organic compounds degraded to VFA. Stable microbial growth characterized by an increased concentration of VSS obtained at HRT 4 with COD reduction amounted to 52,9%, while the highest production of total VFA and VFA/alkalinity ratio obtained at HRT 20 with respective values of 6.992,9 mg/L and 3,43. The optimal pH was achieved at pH 5 with the production of total VFA achieved was 9.723,9 mg/L and the concentration of acetic acid, propionic acid and butyric acid were 4.455,6; 1.544,5; and 3.723,8 mg/L, respectively. While COD degradation was 44% and VFA/alkalinity ratio was 12,6.
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii
PRAKATA iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
1.2 PERUMUSAN MASALAH
1.3 TUJUAN PENELITIAN
1.4 MANFAAT PENELITIAN
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
2.2 BIOGAS
2.3 PROSES DIGESTASI ANAEROBIK DUA TAHAP
2.3.1 Hidrolisis
2.3.2 Asidogenesis
2.3.3 Asetogenesis
2.3.4 Metanogenesis
2.6.1 pH
2.6.7 Beban Organik (Organic Loading Rate)
2.6.8 Hydraulic Retention Time (HRT)
2.7 ANALISA EKONOMI
15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
1.1 LOKASI PENELITIAN
1.2 BAHAN DAN PERALATAN
1.2.1 Bahan-Bahan
1.2.2 Peralatan
1.2.2.1 Peralatan Utama
1.2.2.2 Peralatan Analisa
1.3 TAHAPAN PENELITIAN
1.3.1 Analisa Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
(LCPKS)
1.3.1.1 Analisis pH
1.3.1.2 Analisi M-Alkalinity
1.3.1.3 Analisis Total Solids (TS)
1.3.1.4 Analisis Volatile Solids (VS)
1.3.1.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS)
1.3.1.6 Analisis Volatile Suspended Solids (VSS)
1.3.1.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
1.3.2 Loading Up dan Operasi Target
1.3.3 Pengujian Sampel (Sampling)
1.4 JADWAL PENELITIAN
22
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
(LCPKS)
30
4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP)
4.2.1 Pengaruh HRT terhadap Profil pH dan Alkalinitas
4.2.2 Pengaruh HRT terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
4.2.3 Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen
Demand (COD)
4.2.4 Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid
(VFA)
4.2.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
4.3 HASIL PENELITIAN VARIASI pH
4.3.1 Pengaruh Variasi pH terhadap Profil pH dan Alkalinitas
4.3.2 Pengaruh Variasi pH terhadap Profil Pertumbuhan
Mikroba
4.3.3 Pengaruh Variasi pH terhadap Volatile Solids (VS)
4.3.4 Pengaruh Variasi pH terhadap Reduksi Chemical Oxygen
Demand (COD)
4.3.5 Pengaruh Variasi pH terhadap Pembentukan Volatile Fatty
Acid (VFA)
4.3.6 Pengaruh Variasi pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
31
4.3 PERBANDINGAN HASIL PENELITIAN VARIASI pH PADA
TEMPERATUR AMBIENT, MESOFILIK DAN TERMOFILIK
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
45
50
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Tahapan Proses Digestasi Anaerobik
Gambar 2.2 Digestasi Anaerobik Dua Tahap
Gambar 2.3 Konversi Total VFA menjadi Biogas
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan
Gambar 4.1 Pengaruh HRT terhadap Profil pH dan Alkalinitas
Gambar 4.2 Pengaruh HRT terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
Gambar 4.3 Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen
Demand (COD)
Gambar 4.4 Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty
Acid (VFA)
Gambar 4.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
Gambar 4.6 Pengaruh Variasi pH terhadap Alkalinitas
Gambar 4.7 Pengaruh Variasi pH terhadap Profil Pertumbuhan
Mikroba
Gambar 4.8 Pengaruh Variasi pH terhadap Rata-Rata VSS
Gambar 4.9 Pengaruh Variasi pH terhadap Volatile Solid (VS)
Gambar 4.10 Pengaruh Variasi pH terhadap Rata-Rata Volatile Solid
(VS)
Gambar 4.11 Pengaruh Variasi pH terhadap Reduksi Chemical
Oxygen Demand (COD)
Gambar 4.12 Pengaruh pH terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid
(VFA)
Gambar 4.13 Pengaruh Variasi pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
Gambar 4.14 Pengaruh Temperatur terhadap Reduksi Chemical
Oxygen Demand (COD) pada pH Optimum
Gambar 4.15 Pengaruh Temperatur terhadap Pembentukan Volatile
Fatty Acid (VFA) pada pH Optimum
Gambar 4.16 Pengaruh Temperatur terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
pada pH Optimum
Gambar 4.17 Pengaruh Temperatur terhadap Reduksi Volatile Solid
(VS) pada pH Optimum
Gambar A.1 Rangkaian Peralatan
Gambar A.2 Flowchart Prosedur Analisis pH
Gambar A.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
Gambar A.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
Gambar A.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
Gambar A.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids
(TSS)
Gambar A.7 Flowchart Prosedur Analisis Volaite Suspended Solids
(VSS)
Gambar A.8 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand
(COD)
Gambar A.9 Flowchart Prosedur Analisis Loading Up dan Operasi
Target
Gambar D.1 Tangki Umpan
Gambar D.2 Fermentor
Gambar D.3 Botol Keluaran Fermentor (Discharge)
Gambar D.4 Botol Penampung Biogas (Gas Collector)
Gambar D.5 Gas Meter
Gambar D.6 Rangkaian Peralatan
Gambar D.7 Peralatan Analisis M-Alkalinity
Gambar D.8 Detecting Tube Hasil Analisis Gas H2S dan CO2
Gambar D.9 Peralatan Analisis Padatan Tersuspensi
Gambar D.10 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
Gambar D.11 Timbangan Analitik
Gambar D.12 Desikator
Gambar D.13 Oven
Gambar D.14 Furnace
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Kapasitas Produksi dan Ekspor Minyak Kelapa Sawit di
Indonesia
Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian terdahulu untuk
Menghasilkan VFA dari Proses Asidogenesis
Tabel 2.1 Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit di Indonesia
Tabel 2.2 Kesetaraan Biogas dengan Sumber Energi Lain
Tabel 2.3 Kandungan VFA yang Umum Terdapat pada Proses
Digestasi Anaerobik
Tabel 2.4 Volume Pembentukan Biogas dari Jumlah VFA yang
Terbentuk
Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent
Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian
Tabel 4.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN IV PKS
Adolina
Tabel 4.2 Hasil Penelitian Variasi pH pada Proses Asidogenesis
LCPKS
Tabel B.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN IV PKS
Adolina
Tabel B.2 Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan VSS
pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.3 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.4 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid
(VFA) pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.5 Data Perhitungan Rasio VFA/Alkalinitas pada Variasi
Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.6 Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan VSS
pada Variasi pH
Tabel B.7 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
pada Variasi pH
Tabel B.8 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid
(VFA) pada Variasi pH
Tabel B.9 Data Perhitungan Rasio VFA/Alkalinitas pada Variasi pH
74
75
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A METODOLOGI PENELITIAN
A.1 LOKASI PENELITIAN
A.2 BAHAN DAN PERALATAN
A.2.1 Bahan-Bahan
A.2.2 Peralatan
A.3 FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN
A.3.1 Flowchart Prosedur Analisis pH
A.3.2 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
A.3.3 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
A.3.4 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
A.3.5 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids
(TSS)
A.3.6 Flowchart Prosedur Analisis Volaite Suspended Solids
(VSS)
A.3.7 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand
(COD)
LAMPIRAN B DATA HASIL ANALISIS
B.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT
B.2 DATA HASIL PENELITIAN
B.2.1 Data Hasil Penelitian pada Variasi Hydraulic Retention
Time (HRT)
B.2.2 Data Hasil Penelitian pada Variasi pH
70
70
70
70
73
LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN
C.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD
C.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI
76
76
LAMPIRAN D DOKUMENTASI 77
LAMPIRAN E HASIL UJI LABORATORIUM
E.1 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS LEMAK
DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.2 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS PROTEIN
DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.3 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS
KARBOHIDRAT DALAM LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.4 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS
VOLATILE FATTY ACID (VFA)
82
82
83
83
DAFTAR SINGKATAN
BOD
COD
CSTR
HRT
LCPKS
PKS
POME
SCABR
TS
TSS
VFA
VS
VSS
Biological Oxygen Demand
Chemical Oxygen Demand
Continous Stirred Tank Reactor
Hydraulic Retention Time
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Pabrik Kelapa Sawit
Palm Oil Mill Effluent
Suspended Closed Anaerobic Bioreactor
Total Solids
Total Suspended Solids
Volatile Fatty Acid
Volatile Solids
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
BR
c
m
HRT
V
VR
Beban organik
Massa substrat umpan per satuan waktu
Konsentrasi bahan organik
Waktu tinggal
Volume substrat umpan per satuan waktu
Volume digester
kg/hari.m3
%
kg/hari
hari
m3/hari
