PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT)
DAN LAJU PENGADUKAN PADA PROSES
ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN TERMOFILIK
SKRIPSI
Oleh
KHAIRUL FAHMI
110405084
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT)
DAN LAJU PENGADUKAN PADA PROSES
ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA
SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN TERMOFILIK
SKRIPSI
Oleh
KHAIRUL FAHMI
110405084
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
JULI 2016
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
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 KEADAAN 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, Juli 2016
Khairul Fahmi
ii
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN LAJU
PENGADUKAN PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN TERMOFILIK
dibuat sebagai kelengkapan persyaratan untuk mengikuti ujian skripsi Sarjana
Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara
Mengetahui, Medan, Juli 2016
Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T Ir. Bambang Trisakti MT
NIP. 19681214 199702 2 002 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
Keadaan 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 Laju Pengadukan dalam proses digestasi anaerobik tahapan
asidogenesis.
2. Penelitian ini memanfaatkan limbah cair pabrik kelapa sawit dengan
menggunakan keadaan termofilik sehingga lebih menghemat energi yang
umumnya digunakan untuk pemanas.
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, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara
6. Dr. Halimatuddahliana ST., MSc. Selaku Dosen Pembimbing Akademik
yang senantiasa memberikan arahan dan motivasi selama menyelesaikan
iv
7. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan
bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan
8. Dr. Zuhrina Masythah, ST., MSc. yang telah banyak membantu dalam
dukungan moril dan materil
9. Rekan penelitian Endah Hutabarat dan rekan-rekan di Laboratorium
Ekologi yaitu Intan, Yola, Nafis, Aidil, Ramlan, Rio, Putra, Ekuino,
Muksalmina, Christianto
10. Teman Sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman
stambuk 2011 terutama Kherly, Fitri, Rangga, Agung, Pri, Dasa, Nella,
Edy, Happy, Nora, Henni, Rizka, Randi, Budi, Bagus, Cici yang telah
memberikan banyak dukungan, semangat dan kenangan tak terlupakan
kepada penulis
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
Khairul Fahmi
DEDIKASI
Alhamdulillahirobbilalamiin.
Skripsi ini saya didedikasikan kepada orang tua saya, Naldini
A. (Alm) dan Sri Fatimah
Terimakasih atas Pengorbanan, Kasih Sayang, Kesabaran dan
Do`anya
kepada Adikku,
Khariani Adha dan Silvia Anggraini
Terimakasih atas bantuan, dukungan, semangat dan
keceriaannya.
serta Saudara saya,
Wiwid, Anggi, Vivi, Wahyu, Dharma
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Khairul Fahmi
NIM : 110405084
Tempat, tanggal lahir : Medan, 18 Februari 1994
Nama Orang Tua : Naldini A. (Alm) dan Sri
Fatimah Alamat Orang Tua:
Jl. Selamat No. 128 B Simpang Limun, Medan
Asal Sekolah:
• TK GUPPI tahun 1998–1999
• SD YPI tahun 1999–2005
• SMP Al-Washliyah 8 Medan tahun 2005–2008
• SMA Negeri 21 Medan tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Peningkatan Prestasi Akademik (BBM) tahun 2012–2013
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 Dakwah
3. Kerja Praktek di PTPN IV SAWIT LANGKAT (SAL) 2 Februari – 2 April
2015
ABSTRAK
Proses asidogenesis merupakan salah satu tahapan dalam digestasi anaerob yang akan menghasilkan produk 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 termofilik. Fermentor yang digunakan yaitu CSTR. Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT 20, 15, 10 dan 4 dengan pH 6 kemudian dilanjutkan dangan variasi laju pengadukan yaitu pada 50, 100, 150 dan 200 rpm dengan pH 6 dan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis TS, VS, TSS, VSS, COD dan VFA. Laju pengadukan terbaik diperoleh pada 50 rpm sebesar 13.710,557 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing 6451,086 mg/L; 1822,837 mg/L dan 5436,634 mg/L dengan reduksi VS sebesar 16,61 dan reduksi COD sebesar 21,67 %.
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 and 4 days with pH 6. And the next step was done by varying the mixing rate starting by 50, 100, 150 and 200 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 best mixing rate in 50 rpm which produced 13.710,557 mg/L total VFA and consist of 6451,086 mg/L acetic acid, 1822,837 mg/L propionic acid and 5436,634 mg/L butiric acid with the VS reduction 16,61 % and COD reduction 21,67 %.
Keywords : acidogenesis, HRT, mixing rate, POME, thermophilic
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP 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
1
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
2.4 Parameter yang Penting Dalam Proses Digestasi Anaerob
x
2.5 ANALISA EKONOMI
15
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
3.2 Bahan dan Peralatan
3.2.1 Bahan-Bahan
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)
3.3.1.1 Analisis pH
3.3.1.2 Analisi M-Alkalinity
3.3.1.3 Analisis Total Solids (TS)
3.3.1.4 Analisis Volatile Solids (VS)
3.3.1.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS)
3.3.1.6 Analisis Volatile Suspended Solids (VSS)
3.3.1.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
3.3.2 Loading Up dan Operasi Target
3.3.3 Pengujian Sampel (Sampling)
3.4 JADWAL PENELITIAN
21
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
(LCPKS)
29
29
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 LAJU PENGADUKAN
4.3.1 Pengaruh Laju Pengadukan terhadap Profil pH dan
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
4.3 PERBANDINGAN HASIL PENELITIAN VARIASI LAJU
PENGADUKAN PADA TEMPERATUR AMBIENT,
MESOFILIK DAN TERMOFILIK
4.4.1 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap Volatile Solids
(VS) pada Laju Pegadukan Optimum
4.4.2 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap Reduksi Chemical
Oxygen Demand (COD) pada Laju Pegadukan Optimum
4.4.3 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap Volatile Fatty
Acid (VFA) pada Laju Pegadukan Optimum
4.4.4 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap VFA/Alkalinitas
pada Laju Pegadukan Optimum
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 55
DAFTAR PUSTAKA 56
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Empat Fase Pembuatan Biogas Secara Garis Besar
Gambar 2.2 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 laju pengadukan terhadap Alkalinitas
Gambar 4.7 Pengaruh laju pengadukan terhadap Rata-Rata
Alkalinitas
Gambar 4.8 Pengaruh laju pengadukan terhadap Profil Pertumbuhan
Mikroba
Gambar 4.9 Pengaruh laju pengadukan terhadap Rata-Rata VSS
Gambar 4.10 Pengaruh laju pengadukan terhadap Volatile Solid (VS)
Gambar 4.11 Pengaruh laju pengadukan terhadap Rata-Rata Volatile
Solid (VS)
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 4.15 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap Volatile Solids
(VS) pada Laju Pegadukan Optimum
Gambar 4.16 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap Reduksi
xiv
Chemical Oxygen Demand (COD) pada Laju
Pegadukan Optimum
Gambar 4.17 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap Volatile Fatty
Acid (VFA) pada Laju Pegadukan Optimum
Gambar 4.18 Pengaruh Temperatur Optimum terhadap
VFA/Alkalinitas pada Laju Pegadukan 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
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Beberapa Penelitian Pembuatan Biogas yang Telah
Dilakukan
Tabel 2.1 Produksi Minyak Kelapa Sawit di Indonesia
Tabel 2.2 Karakteristik LCPKS sebelum dilakukan Pengolahan
Tabel 2.3 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Menurut
Keputusan Menteri Negara Lingkugan Hidup
Tabel 2.4 Komponen Biogas, Kandungan dan Pengaruhnya
Tabel 2.5 Karakteristik Umum Mikroorganisme Metanogenik
Tabel 2.6 Kondsi Optimum Biogas
Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent
Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian
Tabel 4.1 Karakteristik LCPKS dari PKS Adolina PTPN IV
Tabel 4.2 Hasil Penelitian Variasi Laju Pengadukan 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 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
Tabel C.1 Data VSS untuk Variasi laju Pengadukan 150 rpm
78
78
xviii
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
74
73
73
73
76
LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN
C.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD
C.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI
79
79
79
LAMPIRAN D DOKUMENTASI 80
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)
85
85
86
86
xx
Biological Oxygen Demand
Chemical Oxygen Demand
Crude Palm Oil
Crude Palm Kernel Oil
Continous Stirred Tank Reactor
Hydraulic Retention Time
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Pabrik Kelapa Sawit
Palm Oil Mill Effluent
Suspended Closed Anaerobic Bioreactor
Tandan Buah segar
Tandan Kosong Kelapa Sawit
Total Solids
Total Suspended Solids
Volatile Fatty Acid
Volatile Solids
Volatile Suspended 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
