Pengaruh Kecepatan Pengadukan Pada Tahap Asidogenesis Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pertambahan jumlah penduduk, perkembangan perekonomian dan kemajuan teknologi berimplikasi pada peningkatan kebutuhan energi, terutama energi dari bahan bakar fosil yang bersifat tidak dapat diperbaharui. Disisi lain data Badan Pusat Statistik (BPS) [1] yang disajikan pada Tabel 1.1 menunjukkan bahwa produksi energi sejak tahun 1996 sampai tahun 2011 cenderung menurun secara signifikan. Jika tingkat produksi energi tersebut menurun terus, maka, dikhawatirkan suatu saat nanti Indonesia akan kehabisan sumber energi. Salah satu kebijakan antisipatif yang harus dilaksanakan adalah melakukan diversifikasi energi dengan memanfaatkan berbagai sumber energi alternatif yang justru tersedia sangat banyak, seperti : angin, air terjun, ombak, biogas dan lain-lain.

Tabel 1.1 Produksi Minyak dan Gas Alam Indonesia tahun 1996-2011 [1] Tahun Minyak Mentah Kondensat

(barel) (barel)

1996 485,573.80 63,074.50

1997 484,340.60 59,412.00

1998 480,109.70 54,782.30

1999 440,461.60 54,181.40

2000 434,368.80 50,024.50

2001 432,588.00 47,528.10

2002 351,949.60 45,358.90

2003 339,100.00 44,600.00

2004 354,351.90 50,641.00

2005 341,202.60 46,450.90

2006 313,037.20 44,440.20

2007 305,137.40 43,210.60

2008 314,221.70 44,497.00

2009 301,663.40 44,649.60

2010 300,923.30 43,964.70

Biogas adalah salah satu sumber energi potensial untuk dikembangkan di Indonesia. Kandungan energi biogas tergantung dari konsentrasi Metana (CH4).

Semakin tinggi kandungan Metana (CH4), maka semakin besar pula kandungan

energinya, dan sebaliknya. Biogas tergolong bahan baku non fosil dan umumnya berasal dari kotoran ternak pemakan rumput seperti sapi dan kerbau. Dengan demikian bahan baku biogas lebih terjamin sepanjang masih ada hewan ternak dan rumput [2].

Seiring dengan kemajuan teknologi, ternyata biogas juga dapat dibuat dari limbah cair kelapa sawit (LCPKS) atau yang dikenal sebagai palm oil mill effluent (POME). POME adalah cairan pekat kecokelatan yang memiliki nilai chemical

oxygen demand (COD) dan biological oxygen demand (BOD) masing-masing

sebesar 50.000 dan 25.000 mg/L [3]. POME merupakan sumber pencemar potensial yang dapat memberikan dampak serius terhadap lingkungan jika tidak ditangani dengan baik. Oleh karena itu, pemanfaatan POME sebagai bahan baku biogas akan memberi keuntungan antara lain pengurangan jumlah padatan organik, jumlah mikroba pembusuk yang tidak diinginkan, dan kandungan racun dalam limbah [4]. Selain itu biaya operasional untuk pengolahan biogas dari POME lebih rendah dibandingkan dengan sumber bahan baku yang lain [3], disebabkan sifat POME yang tidak beracun [5].

Pembuatan biogas merupakan hasil proses digestasi anaerobik. Digestasi anaerobik adalah proses biokimia tanpa oksigen yang menguraikan senyawa organik kompleks oleh berbagai jenis mikroba anaerobik [6]. 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 [7].

menggunakan satu reaktor bagi mikroba untuk mengolah senyawa organik. Sedangkan dalam sistem dua tahap mikroba hidrolisis-asidogenesis dan mikroba metanogenesis ditempatkan di dalam dua reaktor terpisah. Selain itu terdapat juga sistem temperatur-fasa yang menggunakan dua reaktor terpisah, tetapi dikondisikan pada temperatur yang berbeda [8]. Sebagai contoh, hasil penelitian limbah cair olahan keju yang dilakukan oleh Wust [8] menggunakan reaktor metanogenik dalam sistem dua fasa dihasilkan biogas dengan kandungan metana yang lebih tinggi dibandingkan dengan biogas yang dihasilkan dalam sistem satu tahap.

Beberapa penelitian pembuatan biogas yang telah dilakukan disajikan pada Tabel 1.2.

Tabel 1.2 Beberapa Hasil Penelitian Pembuatan Biogas

No. Nama Bahan baku, Proses dan Hasil

1. Khursheed Karim, Rebecca Hoffman, Thomas Klasson, M.H. Al-Dahlan, 2005 [9]

Bahan baku berupa kotoran sapi.

Konsentrasi bahan baku pada 5 dan 10 %. Dilakukan perlakuan dengan pengadukan dan tanpa pengadukan.

Pada umpan dengan konsentrasi 5 %, hasil pengolahan tidak ada perbedaan.

Pada umpan dengan konsentrasi 10 %, hasil dengan adanya pengadukan lebih baik yaitu pada TS sekitar 53 g/l, VS sekitar 31 g/l, dan produksi biogas sebanyak 1,14 l/ld sedangkan hasil dengan tanpa adanya pengadukan yaitu pada TS sekitar 59 g/l, VS sekitar 34 g/l, dan produksi biogas sebanyak 0.92 l/ld.

2. Wanna Choorit, Pornpan Wisaranwan,

2007 [10]

Bahan baku berupa Palm Oil Mill Effluent. Pada kecepatan pengadukan 70 rpm, suhu 55 °C, OLR pada 17,01 g[COD]/l/hari, HRT 5 hari, penurunan COD 70,32%, produksi biogas 4,66 L gas/l[reaktor]/hari dengan konsentrasi CH4 69,53%.

3. Q. Yuan, R. Sparling, J. A. Oleszkiewicz, 2008 [11]

Bahan baku dari pengolahan limbah lokal. Pada kecepatan pengadukan 50 rpm, suhu 24,6 °C diperoleh jumlah VFA tertinggi yaitu sebanyak 355 gVFA-COD/ gVSS.

4. Rebecca A. Hoffmann, Marcelo L. Garcia, Mehul Veskivar, Khursheed Karim, Muthanna H. Al-Dahlan, Largus T.

Bahan baku berupa kotoran sapi.

5. Irvan, Bambang Trisakti, Michael Vincent, Yohannes Tandean, 2012 [13]

Bahan baku berupa limbah cair kelapa sawit. Proses aerobik dengan kecepatan pengadukan pada 10 rpm dan 20 rpm. Hasil diperoleh pada HRT 10 hari pada 10 rpm lebih baik dengan penurunan TSS mencapai 150 mg/l, sedangkan pada 20 rpm sekitar 170 mg/l.

Dari beberapa penelitian terdahulu tersebut maka dapat disimpulkan bahwa adanya pengaruh yang ditimbulkan dengan dilakukannya pengadukan pada proses pengolahan limbah cair dengan cara digestasi anaerobik maupun digestasi aerobik. Adapun pengaruh yang ditimbulkan dengan dilakukannya pengadukan yaitu penurunan konsentrasi padatan [9] [13], penurunan konsentrasi chemical oxygen demand (COD) [10], peningkatan tingkat produksi senyawa volatile fatty

acid (VFA) [12], tingkat produksi biogas [9] [10] [12] [4].

Dengan adanya pengaruh yang ditimbulkan pengadukan pada proses pengolahan limbah cair dengan cara digestasi anaerobik maupun digestasi aerobik maka dilakukan penelitian dengan baku limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) yang bertujuan untuk mengolah limbah cair tersebut untuk memproduksi volatile fatty acid (VFA) yang kemudian akan diubah menjadi biogas disebabkan limbah cair tersebut masih banyak mengandung bahan organik. Penelitian tersebut menggunakan cara digestasi anaerobik, dan dilakukan variasi tingkat kecepatan pengadukan agar mendapatkan tingkat kecepatan yang baik pada proses tersebut. Pengaruh kecepatan pengadukan pada penguraian POME menjadi senyawa volatile fatty acid (VFA) ditinjau terhadap penurunan konsentrasi chemical

oxygen demand (COD) dan penurunan konsentrasi padatan.

1.2 PERUMUSAN MASALAH

1.3 TUJUAN PENELITIAN

Tujuan penelitian adalah untuk mengkaji bagaimana pengaruh kecepatan pengadukan terhadap degradasi konsentrasi chemical oxygen demand (COD) dan degradasi padatan yang terkandung di dalam LCPKS dan proses penguraian LCPKS menjadi senyawa volatile fatty acid (VFA) pada tahap asidogenesis pengolahan LCPKS.

1.4 MANFAAT PENELITIAN Manfaat penelitian adalah :

1. Memperoleh informasi mengenai pengaruh kecepatan pengadukan khususnya terhadap proses asidogenesis.

2. Memperoleh informasi mengenai bilangan Reynold yang baik pada pengadukan tahap asidogenesis dalam pengolahan LCPKS agar dapat digunakan sebagai scale up reactor.

1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

Penelitian terbagi menjadi penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Penelitian pendahuluan terdiri dari karakterisasi limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dan loading up dengan memvariasikan HRT (hydraulic retention time). Sedangkan pada penelitian utama dilakukan variasi kecepatan pengadukan. Penelitian dilakukan dengan proses asidogenesis digestasi anaerobik menggunakan digester jenis continous stirred tank reactor (CSTR) dengan volume 2 liter. Variabel dari penelitian adalah sebagai berikut:

I. Penelitian Pendahuluan

A. Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

Parameter analisa : Analisa cairan berupa pH, chemical oxygen demand (COD), kadar padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), kadar oil and grase, kadar protein, kadar karbohidrat dan kandungan volatile fatty acid (VFA).

B. Loading Up

1. Variabel konstan:

b. Kecepatan pengadukan tangki umpan: 100-110 rpm c. Temperatur fermentor pada suhu kamar

d. Keadaan fermentor diatur pada pH 6,0 dengan penambahan NaHCO3 hingga pH yang dinginkan tercapai.

e. Kecepatan pengadukan fermentor : 50 rpm

2. Variabel yang divariasikan pada HRT : 6,7, 5, dan 4

3. Parameter analisa: Analisa cairan berupa M-alkalinity, kadar padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), chemical oxygen demand (COD), kandungan volatile fatty acid (VFA), dan pH.

II. Penelitian Utama

1. Variabel konstan:

a. Jenis bahan baku atau umpan yang digunakan : limbah cair kelapa sawit dari Pabrik Kelapa Sawit Adolina PTPN IV

b. Kecepatan pengadukan tangki umpan: 100-110 rpm c. Temperatur fermentor: 55oC

d. Keadaan fermentor diatur pada pH 5,5-6,0 dengan penambahan NaHCO3 hingga pH yang dinginkan tercapai.

4. Variabel divariasikan pada kecepatan pengadukan fermentor : 25, 50, 100 dan 200 rpm

5. Parameter analisa: Analisa cairan berupa M-alkalinity, kadar padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), chemical oxygen demand (COD), kandungan volatile fatty acid (VFA), dan pH.

Analisa cairan yang digunakan meliputi metode berikut : 1. Analisa M-Alkalinity (Metode Titrasi)

2. Analisa kadar total solid (TS) (Metode Analisa Proksimat) 3. Analisa volatile solid (VS) (Metode Analisa Proksimat)

4. Analisa kadar total suspended solid (TSS) (Metode Analisa Proksimat)

5. Analisa volatile suspended solid (VSS) (Metode Analisa Proksimat) 6. Analisa COD (Chemical Oxygen Demand) (Metode Reflux Terbuka) 7. Analisa volatile fatty acid (VFA) (Metode Kromatografi)

Analisa M-Alkalinity, kadar total solid (TS), volatile solid (VS), kadar total suspended solid (TSS), volatile suspended solid (VSS), chemical oxygen demand (COD), dan volatile fatty acid (VFA) ini dilakukan tiga kali dalam