PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI

PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI

LIMBAH KULIT BUAH AREN (

Arenga pinnata

)

DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP

BIOGAS YANG DIHASILKAN

SKRIPSI

Oleh

DERIL CLINTON

100405026

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI

LIMBAH KULIT BUAH AREN (

Arenga pinnata

)

DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP

BIOGAS YANG DIHASILKAN

SKRIPSI

Oleh

DERIL CLINTON

100405026

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

AGUSTUS 2015

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH

KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN

SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN

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, Agustus 2015

Deril Clinton

ii

PENGESAHAN

Skripsi dengan judul:

PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH

KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN

SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN

dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 13 Agustus 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Medan, Agustus 2015

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

Hasil penelitian ini:

 Penelitian ini membantu pengolahan limbah kulit buah aren sehingga

mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.

 Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber

energi alternatif, yaitu biogas

 Penelitian dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul “Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan”.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada:

Ir. Netti Herlina, MTselaku Pembimbing

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, Agustus 2015

iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis, Jhonny Robert Panjaitan dan Delima Simorangkir.

2. Saudari terkasih Ratna Cempaka Yelestine dan Sardis Naviri.

3. Keluarga besar Panjaitan dan Simorangkir di Medan, Jakarta, dan Tangerang.

4. Pemuda/i POUK Harapan kita

5. Teman-teman terbaik di Teknik Kimia Dewi, Jekky, Lean, Maggie, Popphy, Ruben dan semua stambuk 2010, serta senior/ junior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.

6. Ir. Netti Herlina, MT selaku dosen pembimbing.

7. Ir. Bambang Trisakti, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen penguji. 8. Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU

9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Deril Clinton Nim : 100405026

Tempat/ tgl lahir : Jakarta, 12 Februari 1993 Nama orang tua : Jhonny Robert Panjaitan Alamat orang tua :

Jl. Bakung II Blok i5 No. 2 Perumahan Harapankita Tangerang

Asal sekolah



SD Yayasan Pendidikan Mutiara Kasih 1998 – 2004



SMP Strada Selamet Riyadi 2004 – 2007



SMA Negeri 5 Tangerang 2007 – 2010 Beasiswa yang pernah diperoleh :



Beasiswa PPA Tahun 2011 & 2012 Universitas Sumatera Utara Pengalaman organisasi/ kerja :



UKM KMK USU UP Teknik sebagai AKK (Anggota Kelompok Kecil) tahun 2010-2014



Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Penelitian dan Pengembangan



Asisten Perpustakaan Teknik Kimia USU 2013 – 2014 Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:

vi

ABSTRAK

Aren (Arenga pinnata) merupakan tanaman serbaguna. Pemanfaatanya yang luas dalam industri makanan menghasilkan limbah kulit buah yang dapat digunakan sebagai biomassa tanaman untuk pembuatan biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas dan kuantitas biogas yang terbuat dari campuran limbah kulit buah aren dan air dengan menggunakan digester anaerobik sistem batchserta mengevaluasi potensi ekonomi dari biogas yang dihasilkan dari campuran tersebut. Penelitian dilakukan dengan mencampur kulit buah aren dengan air dalam rasio 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; dan 1:8 (w/w) dengan starter kotoran sapi dicampur dengan air didalam digester anaerobik sistem batch. Variabel yang diamati adalah volume biogas, komposisi biogas, Total Suspended Solid (TSS) dan Chemical Oxygen Demand (COD) serta slurry dianalisis tiap 3 hari fermentasi. pH untuk penelitian ini diatur pada kisaran 6,4-8. Volume biogas terbesar pada rasio 1:11,5 (w/w) campuran limbah kulit buah aren dan yaitu 637 mL untuk total limbah sebanyak 1,5 L dengan kandungan metana sebesar 60.9830 %. Diperoleh persentase penyisihan TSS sebesar 88,10 % dan persentase penyisihan COD sebesar 82,43 %. Slurry menghasilkan TSS dan COD yang belum memenuhi baku mutu limbah cair. Potensi ekonomi dari pemanfaatan campuran limbah kulit buah aren dan air sebagai biogas menguntungkan.

Kata kunci: biogas, COD, digester anaerobik, limbah kulit buah aren, TSS

ABSTRACT

Aren / Sugar Palm (Arenga pinnata) is a multipurpose crop. The widely use of sugar palm for food industries, generates sugar palm leather waste which can be use as a biomass for biogas production. This study aims to determine the quality and the quantity of biogas made from a mixed of sugar palm leather waste and water using batch anaerobic digester system and to evaluate the economic potential of biogas production from the mixture. Research carried out by mixing sugar palm leather with water in a ratio of 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; and 1:8 (v/v) with cow dung as a starter mixed with water in an anaerobic digester batch system. Observed variables are biogas, biogas composition,Total Suspended Solid

(TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) and analyzed fermentation slurry for every 3 days. pH for this study is set in the range of 6,4-8. The largest volume of biogas production is found at a ratio 1:11,5 (w/w) mixture of sugar palm leather and water that is 637 mL for total waste 1,5 L with 60,983 % methane contain. TSS remove percentage obtained was 88,10%and percentage of COD removal by 82,43%. Slurry produces unqualified TSS and COD with the standard quality of liquid waste. The economic potential of using a mixture of sugar palm leather and water for producing biogas is beneficial.

viii

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 AREN 5

2.2 BUAH AREN 6

2.3 KOTORAN SAPI 8

2.4 FERMENTASI 9

2.4.1 Chemical Oxygen Demand 10 2.4.2 Total Suspended Solid 10

2.5 BIOGAS 11

2.6 TAHAP PEMBENTUKAN BIOGAS 12

2.6.1 Hidrolisis 13

2.6.2 Asidogenesis 13

2.6.3 Asetogenesis 14

2.6.4 Metanogenesis 14

2.7 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI

BIOGAS 15

2.7.1 Makro dan Mikro Nutrien 15 2.7.2 Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N) 15

2.7.3 Temperatur 16

3.3.2 Blok Diagram Pembuatan Biogas 21

3.4 PROSEDUR ANALISA 22

3.4.1 Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD) 22 3.4.2 Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid (TSS) 25

3.4.3 Pengukuran pH 25

3.4.4 Pengukuran Volume Biogas 27 3.4.5 Penentuan Kualitas Biogas 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28 4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH KULIT BUAH AREN 28 4.2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP

DERAJAT KEASAMAN (pH) PADA BEBERAPA

x

% PENYISIHAN TSS PADA BEBERAPA KOMPOSISI

SAMPEL 32

4.4 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP % PENYISIHAN COD PADA BEBERAPA KOMPOSISI

SAMPEL 34

4.5 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI

SAMPEL 36

4.6 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP YIELD BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI

SAMPEL 37

4.7 KUALITAS DAN KOMPOSISI BIOGAS 39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 40

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Tanaman Aren (Arenga pinnata) 5 Gambar 2.2 (a) Buah Aren Muda (b) Buah Aren Matang 7 Gambar 2.3 Tahap Pembentukan Biogas 12 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Pembuatan Biogas 20 Gambar 3.2 Blok Diagram Pembuatan Biogas 21 Gambar 3.3 Flowchart Persiapan Uji Penentuan Harga COD 23 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Harga COD 25 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Total Suspended Solid 26 Gambar 3.6 Flowchart Penentuan Pengukuran pH 27 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap

Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel 29 Gambar 4.2 Grafik Hubungan TSS Terhadap Waktu Fermentasi Dan

Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel 30 Gambar 4.3 Grafik Hubungan COD Terhadap Waktu Fermentasi Dan

Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel 31 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap

% Penyisihan TSS Pada Beberapa Komposisi Sampel 32 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap

% Penyisihan COD Pada Beberapa Komposisi Sampel 34 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap

Volume Biogas Pada Beberapa Komposisi Sampel 36 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap

xii

Gambar L3.4 Digester 54

Gambar L3.5 Rangkain Peralatan Digester 55 Gambar L3.6 Proses PengisianDigester 55 Gambar L3.7 Proses Pengambilan Slurry 56

Gambar L3.8 Analisa pH 56

Gambar L3.9 Analisa Total Suspended Solid (TSS) 57 Gambar L3.10 Biogas Dalam Kantong Plastik 58 Gambar L3.11 Uji Nyala Gas Bio 58 Gambar L3.12 Biogas Dalam VacutainerUntuk Analisa Komposisi Gas 59 Gambar L3.13 Kromatografi Gas 59

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1.1 Penelitian Yang Menggunakan Biomassa Tanaman Sebagai

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman LAMPIRAN 1 DATA ANALISIS PENELITIAN 47

1.1 HASIL ANALISA 47

DAFTAR SINGKATAN

COD Chemical Oxygen Demand

TSS Total Suspended Solid

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

Ca(CO3) Kapur

CH4 Metana

A Berat filter dan residu sesudah pemanasan 1050C mg B Berat filter kering sesudah pemanasan 1050C mg C Volume sampel ml N1 Normalitas larutan K2Cr2O7.

V1 Larutan K2Cr2O7 ml

V2 Volume larutan FAS ml