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

(1)

PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT)

DAN LAJU PENGADUKAN PADA PROSES

ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA

SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN AMBIENT

SKRIPSI

Oleh

MUHAMMAD DARUL NAFIS

110405087

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT)

DAN LAJU PENGADUKAN PADA PROSES

ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA

SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN AMBIENT

SKRIPSI

Oleh

MUHAMMAD DARUL NAFIS

110405087

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

SEPTEMBER 2015

(3)

(4)

i

(5)

iii

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 Laju Pengadukan

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 laju pengadukan dalam proses digestasi anaerobik tahapan

asidogenesis.

2. Penelitian ini memanfaatkan limbah cair pabrik kelapa sawit dengan

menggunakan keadaan ambient sehingga dapat lebih menghemat energi

yang digunakan untuk pemanas pada fermentor.

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,

(6)

iv

skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu

pengetahuan.

Medan, 11 September 2015

Penulis

Muhammad Darul Nafis

(7)

v

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Orang tua penulis, Ayahanda Ridwan Sinaga dan Ibunda Sukafti yang

sangat banyak memberikan dukungan moril maupun materil bagi penulis

dalam segala hal.

2. Saudara penulis Wadi Fatmah, Rahmaida S, Uswatun Hasanah dan Hajarul

Aswad S serta keluarga penulis yang telah memberikan saran dan semangat

dalam menyelesaikan studi.

3. Rekan penelitian Aidil Saputra dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi,

Bg Basril Amirza Harahap, Bg Dedy Anwar, Bg Rahman, Bg Chamsa, Bg

Rio, Bg Gandi, Intan Afrilia, Yola Melida, Ramlan, Rio Agung Prakoso,

Ekuino Simanungkalit, Tri Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah V

Hutabarat, Christianto Sitio dan Muksalmina.

4. Teman-teman sejawat terutama Laila ulfa, Anugerah PP, Bismoyo, Idris,

Feri, Inok, 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

(8)

vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Muhammad Darul Nafis

NIM : 110405087

Tempat, tanggal lahir : Tanjungbalai / 16 April 1993 Nama Orang Tua : Ridwan Sinaga dan Sukafti Alamat Orang Tua:

Jalan Jend. Sudriman km 2,5 No. 10, Kecamatan Datuk Bandar Tanjungbalai

Asal Sekolah:

 TK Al-Washliah 1998-1999

 SD Negeri 132408 tahun 1999–2005

 SMP Negeri 1 Tanjungbalai tahun 2005–2008  SMA Negeri 1 Tanjungbalai tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh:

1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2012–2014 2. Bantuan Belajar Mahasiswa (BBM) tahun 2013-2014 Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai sekretaris Bidang Hubungan Masyarakat

2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Hubungan Masyarakat

3. Anggota SGC (Smart Generation Community) tahun 2011-2012 4. Sekretaris Umum English Club FT USU tahun 2012-2013 5. Kerja praktek di PTPN III PKS Rambutan tahun 2014

(9)

vii

ABSTRAK

Proses asidogenesis merupakan salah satu tahapan dalam digestasi anaerob yang akan menghasilkan prooduk intermediet berupa VFA yang terdiri dari asam asetat, asam propionat dan asam butirat. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji konversi LCPKS menjadi VFA dengan variasi laju pengadukan dan variasi HRT dan pada keadaan ambient. Fermentor yang digunakan yaitu CSTR. Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT 20, 15, 10, 5 dan 4 dengan pH 6 dan laju pengadukan 250 rpm kemudian dilanjutkan dangan variasi laju pengadukan yaitu pada 150, 200, 250 dan 300 rpm dengan pH 6 dan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis TS, VS, TSS, VSS, COD dan VFA. Pembentukan VFA yang tertinggi diperoleh pada laju pengadukan 200 rpm sebesar 6019,657 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing 2907,338 mg/L; 727,051 mg/L; 2385 mg/L dengan reduksi COD sebesar 22,22 %.

(10)

viii

ABSTRACT

Acidogenesis is one of the step in anaerobic digestion which produce the intermediet product VFA. VFA is consist of acetic acid, propionic acid and butiric acid. This research was done to obtain the information the of POME conversion to VFA by varying the HRT and mixing rate in ambient temperature. The CSTR fermentor was used in this research. Loading up process was done by varying the HRT, starting by HRT 20, 15, 10, 5 and 4 days with mixing rate 250 rpm and pH 6. And the next step was done by varying the mixing rate starting by 150, 200, 250 and 300 rpm with pH 6 and HRT 4 days. The analysis in this research were TS, VS, TSS, VSS, COD and VFA. The result of this study indicate that the highest total VFA was obtained by varying the mixing rate in 200 rpm which produced 6019,657 mg/L total VFA and consist of 2907,338 mg/L acetic acid, 727,051 mg/L propionic acid and 2385 mg/L butiric acid with the COD reduction 22,22 %.

Keywords : Acidogenesis, VFA, CSTR, Ambient

(11)

ix

DAFTAR ISI

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... i

PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ... ii

PRAKATA ... iii

2.1 PERKEMBANGAN KELAPA SAWIT DI INDONESIA ... 7

2.2 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) ... 7

2.5 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMEPNGARUHI DIGESTASI ANAEROB ... 13

(12)

x

BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 17

3.1 LOKASI PENELITIAN ... 17

3.3.1 Analisis Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) ... 19

3.3.1.1 Analisis pH ... 19

3.3.1.2 Analisis M-Alkalinity ... 19

3.3.1.3 Analisis Total Solid ... 19

3.3.1.4 Analisis Volatile Solid ... 20

3.3.1.5 Analisis Total Suspended Solid ... 20

3.3.1.6 Analisis Volatile Suspended Solid ... 21

3.3.1.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) ... 22

3.3.2 Loading Up dan Operasi Target ... 24

3.3.3 Pengujian Sampel (Sampling) ... 24

3.4 FLOWCHART PENELITIAN ... 25

3.4.1 Flowchart Prosedur Analisis Bahan baku limbah cair pabrik kelapa Sawit (LCPKS) dan pengujian sampel (sampling) ... 24

3.4.1.1 Flowchart Prosedur Analisis pH ... 24

3.4.1.2 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity ... 25

3.4.1.3 Flowchart Prosedur Analisis Total Solid (TS) ... 26

3.4.1.4 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solid (VS) ... 27

(13)

xi

3.4.1.5 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solid (TSS) ... 27

3.4.1.6 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solid (VSS)28 3.4.2 Flowchart Prosedur Loading up dan operasi target ... 29

3.5 Jadwal Penelitian ... 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 31

4.1 Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) ... 31

4.2 Hasil Penelitian Proses Loading Up (Variasi HRT) ... 32

4.2.1 Pengaruh HRT terhadap pH dan Alkalinitas ... 32

4.2.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba ... 33

4.2.3 Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD) pada Proses Loading Up ... 35

4.2.4 Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)36 4.2.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas... 37

4.3 Hasil Penelitian Variasi Laju Pengadukan ... 38

4.3.1 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Alkalinitas Target ... 38

4.3.2 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba ... 40

4.3.3 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Reduksi Vollatile Solid (VS) ... 42

4.3.4 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD) ... 44

4.3.5 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Pembentukkan Volatile Fatty Acid (VFA)). ... 46

4.3.6 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rasio VFA/Alkalinitas ... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 48

5.1 Kesimpulan ... 48

5.2 Saran ... 48

(14)

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Empat Fase Pembuatan Biogas Secara Garis Besar 7

Gambar 2.2 Konversi Total VFA menjadi Biogas 16

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 18

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Analisis pH 24

Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity 25

Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS) 26

Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solid (VS) 27

Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solid (TSS) 28 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solid (VSS) 28

Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target 29 Gambar 4.1 Pengaruh HRT terhadap pH dan Alkalinitas 33 Gambar 4.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba 34 Gambar 4.3 Pengaruh HRTterhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD) 35 Gambar 4.4 Pengaruh HRT Terhadap Volatile Fatty Acid (VFA) 36

Gambar 4.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 37

Gambar 4.6 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Alkalinitas 39 Gambar 4.7 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap rata-rata Alkalinitas

(Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 39 Gambar 4.8 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba 41 Gambar 4.9 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rata-rata VSS (Error Bar

Menyatakan Standar Deviasi) 41

Gambar 4.9 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Reduksi VS pada Operasi Target 41 Gambar 4.10 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Volatile Solid (VS) 43

Gambar 4.11 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap rata-rata Volatile Solid (VS)

(Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 43 Gambar 4.12 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Reduksi Chemical Oxygen

Demand (COD) 45

Gambar 4.13 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap pembentukan Volatile Fatty Acid

(VFA) 46

Gambar 4.14 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 48

(15)

xiii

Gambar C.1 Tangki Umpan LC-1

Gambar C.2 Fermentor LC-1

Gambar C.3 Gas Meter LC-2

Gambar C.4 Botol Keluaran Fermentor (discharge) LC-2

Gambar C.5 Botol Biogas (Gas Collector) LC-2

Gambar C.6 Rangkaian Peralatan LC-3

Gambar C.7 Peralatan Analisa M-Alkalinity LC-3

Gambar C.8 Detecting Tube Hasil Analisa Gas H2S dan CO2 LC-3

Gambar C.9 Peralatan Analisa Padatan Tersuspensi (Vacuum Pump) LC-4 Gambar C.10 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) LC-4

Gambar C.11 Timbangan Analitik LC-4

Gambar C.12 Desikator LC-5

Gambar C.13 Oven LC-5

(16)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Beberapa Penelitian proses Asidogenesis yang Telah Dilakukan 3 Tabel 2.1 Produksi Minyak Kelapa Sawit di Indonesia 7 Tabel 2.2 Karakteristik LCPKS sebelum dilakukan Pengolahan 8 Tabel 2.3 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Menurut Keputusan Menteri

Negara Lingkugan Hidup 8

Tabel 2.4 Karakteristik Umum Mikroorganisme Metanogenik 11

Tabel 2.5 Volume Pembentukan Biogas dari Jumlah VFA yang Terbentuk 16 Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent 30 Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian 38 Tabel 4.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN IV PKS Adolina 38

Tabel A.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN IV PKS Adolina LA-1

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

Hydraulic Retention Time (HRT)) LA-1

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

Hydraulic Retention Time (HRT) LA-3

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

Hydraulic Retention Time (HRT) LA-3

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

Laju Pengadukan ...LA-4 Tabel A.6 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) pada Variasi Laju

Pengadukan) LA-5

Tabel A.7 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) pada Variasi

Laju Pengadukan ...LA-5 Tabel A.8 Data Rasio VFA/Alkalinitas pada Variasi laju pengadukan...LA-5

(17)

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A DATA HASIL ANALISIS

A.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA

SAWIT

A.2 DATA HASIL PENELITIAN

A.2.1 Data Hasil Penelitian pada Variasi Hydraulic Retention

Time (HRT)

A.2.2 Data Hasil Penelitian pada Variasi Laju Pengadukan

LA-1

LA-4

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

B.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD

B.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI

LB-1

LAMPIRAN C DOKUMENTASI LC-1

LAMPIRAN D HASIL UJI LABORATORIUM

D.1 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS

KARBOHIDRAT DALAM LIMBAH CAIR PABRIK

KELAPA SAWIT (LCPKS)

D.4 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS

VOLATILE FATTY ACID (VFA)

LD-1

LD-2

(18)

xvi

Continous Stirred Tank Reactor

Hydraulic Retention Time

Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

Pabrik Kelapa Sawit

Palm Oil Mill Effluent