ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) PADA TEMPERATUR 45
oC.
SKRIPSI
OLEH :
RIO AGUNG PRAKOSO
110405015
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
ii
ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) PADA TEMPERATUR 45
oC
SKRIPSI
OLEH :
RIO AGUNG PRAKOSO
110405015
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
JULI 2016
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN LAJU PENGADUKAN PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA TEMPERATUR 45oC
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, Juli 2016
iv Skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN LAJU PENGADUKAN PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA TEMPERATUR 45oC
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 22 juli 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Koordinator Skripsi
Ir. Renita Manurung, M.T NIP. 19681214 199702 2 002
Medan, 2016 Dosen Pembimbing
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP. 19680820 199501 1 001
Dosen Penguji I
Dr. Ir. Fatimah, MT
NIP. 19640617 199403 2 001
Dosen Penguji II
Ir. Bambang Trisakti, MT NIP. 19660925 199103 1 003
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 Temperatur 45oC”, 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 (variasi HRT) dan operasi target (variasi laju pengadukan) dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis.
2. Penelitian ini memanfaatkan limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) pada temperatur 45oC sehingga dapat mengurangi dampak buruk yang dihasilkan limbah terhadap lingkungan.
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. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Pembimbing
2. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Penguji
3. Ir. Bambang Trisakti, MT selaku Penguji
4. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi
2
6. Keluarga penulis terutama Ayah (Alm. Lukman J.) dan Ibu (Hasni RM) serta Kakak dan Abang penulis (Ince Safrina, Indah Fajarini, Windy Lukita Sari dan Yoseph Mailoa) yang menjadi motivasi penulis untuk menyelesaikan studi. 7. Rekan penelitian Ramlan dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zuliadi, Bg Dedy
Anwar, Ramlan, Aidil Saputra, M. Darul Nafis, Yola Melida, Intan Afrilia, Ekuino Simanungkalit, Tri Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan Muksalmina.
8. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk 2011 terutama Widya Gema Bestari, Azzah Muna Izdiharo, Mutiara Mendopa, Rina Windayani, Ermi Yusmida Sormin dan Lulu Ika Wirani.
9. Sahabat-sahabat penulis yaitu Rifka Safira, Wiky Yati Marlinda dan Restu Permata Sari.
Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian 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, Juli 2016
Penulis
Rio Agung Prakoso
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk keluarga saya :
Kedua orang tua tercinta :
Bapak (Alm. Lukman J.) dan Ibu (Hasni RM.)
Kakak dan Abang :
Kakak (Ince Safrina, Indah Fajarini dan Windy Lukitas Sari)
Abang (Yoseph Mailoa)
Terimakasih untuk keluarga saya terutama ibu
atas pengorbanan dan kasih sayang yang diberikan selama ini
untuk membesarkan, mendidik, memberi motivasi dan doa serta
4
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Rio Agung Prakoso
NIM : 110405015
Tempat, tanggal lahir : Tapaktuan, 23 Januari 1994 Nama Orang Tua : Alm. Lukman J. dan Hasni RM. Alamat Orang Tua:
Kelurahan Lhok Keutapang Kecamatan Tapaktuan, Kabupaten Aceh Selatan
Asal Sekolah:
• TK Bhayangkari Tapaktuan Tahun 1998–1999
• SD Negeri 10 Tapaktuan Tahun 1999–2005
• SMP Negeri 1 Tapaktuan Tahun 2005–2008
• SMA Negeri 1 Tapaktuan Tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Beasiswa Belajar Mahasiswa (BBM) Tahun 2011 Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota Hubungan Masyarakat
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Hubungan Masyarakat
3. Kerja Praktek di PTPN III (Persero) cabang Pabrik Kelapa Sawit Rambutan, Tebing Tinggi, Sumatera Utara.
ABSTRAK
Asidogenesis merupakan proses penguraian substrat organik kompleks menggunakan bantuan mikroba menjadi Volatile Fatty Acid (VFA) yang terdiri dari asam asetat, asam propionat dan asam butirat pada kondisi anaerobik. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji konversi LCPKS menjadi VFA pada proses asidogenesis menggunakan variasi Hydraulic Retention Time (HRT) dan variasi laju pengadukan dengan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada temperatur 45oC. Fermentor yang digunakan yaitu Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dengan pH fermentor dijaga konstan 6 ± 0,2 dengan menambahkan natrium bikarbonat (NaHCO3). Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT
20, 15, 10 dan 4 dengan dengan laju pengadukan 150 rpm kemudian dilanjutkan dangan proses operasi target dengan variasi laju pengadukan yaitu 50, 100, 150 dan 200 rpm dengan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis Alkalinitas, TS, VS, TSS, VSS, COD, VFA dan pengukuran pH. Kondisi terbaik pada variasi laju pengadukan dengan HRT 4 dicapai pada rasio laju pengadukan 150 rpm dengan nilai alkalinitas sebesar 1.300-3.000 mg/L, konsentrasi VSS sebesar 8.907-7.713 mg/L, konsentrasi VS sebesar 16.180-31.820 mg/L, reduksi COD sebesar 42 % dan total VFA yang dihasilkan sebesar 4.994,773 mg/L dengan produksi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing dihasilkan sebasar 2.426,341; 707,470 dan 1.860,962 mg/L.
6
ABSTRACT
Asidogenesis merupakan proses penguraian substrat organik kompleks menggunakan bantuan mikroba menjadi Volatile Fatty Acid (VFA) yang terdiri dari asam asetat, asam propionat dan asam butirat pada kondisi anaerobik. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji konversi LCPKS menjadi VFA pada proses asidogenesis menggunakan variasi Hydraulic Retention Time (HRT) dan variasi laju pengadukan dengan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada temperatur 45oC. Fermentor yang digunakan yaitu Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) dengan pH fermentor dijaga konstan 6 ± 0,2 dengan menambahkan natrium bikarbonat (NaHCO3). Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT
20, 15, 10 dan 4 dengan dengan laju pengadukan 150 rpm kemudian dilanjutkan dangan proses operasi target dengan variasi laju pengadukan yaitu 50, 100, 150 dan 200 rpm dengan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis Alkalinitas, TS, VS, TSS, VSS, COD, VFA dan pengukuran pH. Kondisi terbaik pada variasi laju pengadukan dengan HRT 4 dicapai pada rasio laju pengadukan 150 rpm dengan nilai alkalinitas sebesar 1.300-3.000 mg/L, konsentrasi VSS sebesar 8.907-7.713 mg/L, konsentrasi VS sebesar 16.180-31.820 mg/L, reduksi COD sebesar 42 % dan total VFA yang dihasilkan sebesar 4.994,773 mg/L dengan produksi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing dihasilkan sebasar 2.426,341; 707,470 dan 1.860,962 mg/L.
Kata kunci : Asidogenesis, CSTR, HRT, Laju Pengadukan, LCPKS, VFA
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG 1.2 PERUMUSAN MASALAH 1.3 TUJUAN PENELITIAN 1.4 MANFAAT PENELITIAN
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) 2.2 BIOGAS
2.3 PROSES DIGESTASI ANAEROBIK 2.3.1 Hidrolisis
2.3.2 Asidogenesis 2.3.3 Asetogenesis 2.3.4 Metanogenesis
8
2.4 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPERNGARUHI DIGESTASI ANAEROBIK
2.4.1 Temperatur 2.4.2 pH
2.4.3 Alkalinitas 2.4.4 Nutrisi
2.4.5 Volatile Fatty Acids (VFA) 2.4.6 Pengadukan
2.4.7 Zat Racun (Toxic)
2.4.8 Organic Loading Rate (OLR) 2.4.9 Hydraulic Retention Time (HRT) 2.5 ANALISA EKONOMI
16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI PENELITIAN 3.2 BAHAN DAN PERALATAN
3.2.1 Bahan-Bahan
3.2.1.1 Bahan Utama 3.2.1.2 Bahan Tambahan 3.2.1.3 Bahan Analisa 3.2.2 Peralatan
3.2.2.1 Peralatan Utama 3.2.2.2 Peralatan Analisa 3.3 TAHAPAN PENELITIAN
3.3.1 Analisa Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
3.2.2.3 Analisis pH
3.2.2.4 Analisi M-Alkalinity 3.2.2.5 Analisis Total Solids (TS) 3.2.2.6 Analisis Volatile Solids (VS)
3.2.2.7 Analisis Total Suspended Solids (TSS) 3.2.2.8 Analisis Volatile Suspended Solids (VSS) 3.2.2.9 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
3.2.3 Loading Up dan Operasi Target 3.2.4 Pengujian Sampel (Sampling) 3.3 JADWAL PENELITIAN
28 28 29 BAB IV PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
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 Volatile Suspended Solids (VSS) 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 LAJU PENGADUKAN (OPERASI TARGET)
4.3.1 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Profil Alkalinitas 4.3.2 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Profil Pertumbuhan
Mikroba
4.3.3 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Volatile SolidS (VS) 4.3.4 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Reduksi Chemical
Oxygen Demand (COD)
4.3.5 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)
4.3.6 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 50
10
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Diagram Alir Dihasilkannya Minyak Sawit dan LCPKS
Gambar 2.2 Diagram Alir Reaktor Digestasi Dua Tahap Proses Kontinu
Gambar 2.3 Jenis Reaktor yang Paling Banyak digunakan yaitu: (A) Completely mixed anaerobic digester, (B) UASB
reactor, (C) AFB reactor, (D) Upflow AF reactor
Gambar 2.4 Proses Penguraian Bahan Organik Menjadi Gas Metana Gambar 2.5 Reaksi Hidrolisis
Gambar 2.6 Reaksi Metanogenesis Gambar 2.7 Laju Peningkatan Metana
Gambar 2.8 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)
Gamar 4.4 Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)
Gambar 4.5 Pengaruh HRT terhadap VFA/Alkalinitas
Gambar 4.6 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Profil Alkalinitas Gambar 4.7 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rata-rata
Alkalinitas (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) Gambar 4.8 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Profil Konsentrasi
Volatile Suspensed Solid (VSS)
Gambar 4.9 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rata-rata Konsentrasi VSS (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi)
Gambar 4.11 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rata-rata Reduksi VS (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi)
Gambar 4.12 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD)
Gambar 4.13 Pengaruh Laju Pengadukan Terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)
Gambar 4.14 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
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)
12 Gambar D.12 Desikator
Gambar D.13 Oven Gambar D.14 Furnace
77 77 77
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Berbagai Penelitian yang Telah Dilakukan untuk
Menghasilkan Volatile Fatty Acid (VFA) dari Proses Asidogenesis
Tabel 2.1 Potensi Biogas yang Dihasilkan oleh Beberapa Substrat Tabel 2.2 Parameter LCPKS
Tabel 2.3 Unsur-unsur Kimia yang Terkandung di dalam LCPKS Tabel 2.4 Baku Mutu LCPKS Menurut Keputusan Menteri Negara
Lingkungan Hidup Tabel 2.5 Komposisi Biogas
Tabel 2.6 Komponen-komponen dalam Biogas dan Pengaruhnya Tabel 2.7 Perbandingan Gas Metana dari Biogas dengan Bahan
Bakar Lainnya
Tabel 2.8 Volume 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 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)
14 pada Variasi Laju Pengadukan
Tabel B.7 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) pada Variasi Laju Pengadukan
Tabel B.8 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) pada Variasi Laju Pengadukan
Tabel B.9 Data Perhitungan Rasio VFA/Alkalinitas pada Variasi Laju Pengadukan
69
70
70
71
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 Laju Pengadukan
66
66 66
66 69 LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN
C.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD
16
LAMPIRAN D DOKUMENTASI 73
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)
78
78
79
80
83
DAFTAR SINGKATAN
Anaerobic Flow Blanket Reactor
Chemical Oxygen Demand
Crude Palm Oil
Continous Stirred Tank Reactor
Carbon/Nitrogen
Hydraulic Retention Time
Limbah CairPabrik Kelapa Sawit Liquefied Petroleum Gas
Pabrik Kelapa Sawit Palm Oil Mill Effluent
Radial Per Menit
Tandan Buah segar Total Solids
Total Suspended Solids
Upflow Anaerobic Sludge Blanket
Volatile Fatty Acid
Volatile Solids
18
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
BR
c m HRT Q V(VR)
Beban organik
Massa substrat umpan per satuan waktu Konsentrasi bahan organik
Waktu tinggal Laju alit influent Volume reaktor
kg/hari.m3
% kg/hari
hari L/hari L(m3)
