PENGARUH WAKTU TINGGAL DAN KOMPOSISI BAHAN BAKU
PADA PROSES FERMENTASI LIMBAH CAIR INDUSTRI TAHU
TERHADAP PRODUKSI BIOGAS
TESIS
OLEH
NURMAY SISKA ROSILAWATI SIALLAGAN 067022009/TK
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM MAGISTER TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
PENGARUH WAKTU TINGGAL DAN KOMPOSISI BAHAN BAKU
PADA PROSES FERMENTASI LIMBAH CAIR INDUSTRI TAHU
TERHADAP PRODUKSI BIOGAS
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Teknik Kimia Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
NURMAY SISKA ROSILAWATI SIALLAGAN 067022009/TK
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM MAGISTER TEKNIK KIMIA
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
HALAMAN PENGESAHAN
Judul Tesis : Pengaruh Waktu Tinggal Dan Komposisi Bahan Baku Pada Proses Fermentasi Limbah Cair Industri Tahu Terhadap
Produksi Biogas
Nama Mahasiswa : Nurmay Siska Rosilawati Siallagan Nomor pokok : 067022009
Program studi : Teknik Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia) (Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc)
Ketua Anggota
Ketua Program Studi Dekan
(Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia) (Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng)
HALAMAN PENETAPAN PANITIA PENGUJI
Telah diuji Pada : Tanggal 8 Maret 2010
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia
Anggota : 1. Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc 2. Dr. Ir. Irvan, MT
3. Drs. Chairuddin, MSc
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan kuasanya penulis mampu menyelesaikan tesis ini dengan baik. tesis ini merupakan suatu persyaratan akademis mata kuliah Tesis yang merupakan kegiatan akhir dalam kurikulum Sekolah Pascasarjana Jurusan Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara.
Adapun judul dari tesis ini adalah “ Pengaruh Waktu Tinggal dan Komposisi Bahan Baku Pada Proses Fermentasi Limbah Cair Industri Tahu Terhadap Produksi Biogas”. Penulis menyadari bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari sempurna, baik dilihat dari penulisan maupun penyajiannya. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari semua pihak demi kesempurnaan tesis ini. Penulis sangat berterimakasih kepada Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku pembimbing utama yang selalu membantu dan membimbing penulis dalam penyelesaian tesis ini. Penulis juga berterimakasih kepada Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc selaku pembimbing kedua yang selalu membimbing dan memberi saran kepada penulis dalam penyelesaian tesis ini.
Dalam menyelasaikan tesis ini, penulis banyak menerima bimbingan, dukungan dan bantuan baik secara langsung berupa moriil dan materil dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada :
1. Prof. Dr. Ir. Armansyah Ginting, MEng, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan.
2. Dr. Ir. Irvan, MT, selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan arahan dalam penyelesaian tesis ini.
3. Drs. Chairuddin, MSc, selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan arahan dalam penyelesaian tesis ini.
4. Mersi Suriani Sinaga, ST, MT, selaku Dosen Penguji III yang telah memberikan arahan dalam penyelesaian tesis ini.
ii
5. Seluruh dosen dan staf-staf pegawai Fakultas Teknik Program Magister Teknik Kimia.
6. Teristimewa kepada seluruh keluarga ku di Paritohan, khususnya papa
tercinta K.M. Siallagan, SH, mami tercinta T. Siagian, adik-adik ku Godwin C Siallagan dan Pieter L O Siallagan yang telah memberikan saya bantuan,
dukungan moril, materil, doa, kasih sayang, didikan dan semangat dalam penyelesaian tesis ini.
7. Buat Hasian ku yang selalu setia menemani dalam penyelesaian tesis ini, trimakasih buat doa dan kasih sayang mu.
Akhir kata semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi pembaca sebagai sumbangan ilmu pengetahuan untuk berikutnya.
Medan, Februari 2010 Penulis
iii ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh komposisi bahan baku limbah cair industri tahu dan waktu tinggal selama proses fermentasi dalam pembentukan biogas dari limbah cair tahu. Adapun bahan baku utama dari penelitian ini adalah limbah cair industri tahu (air tahu/ whey) dan alat yang digunakan adalah biodigester (reaktor batch) dengan volume biodigester 14 liter . Variabel penelitian adalah perbandingan volume limbah cair industri tahu (tanpa atau setelah proses koagulasi dengan koagulan biji asam jawa) dengan air 1:0, 1:0,25 dan 1:0,5, serta waktu fermentasi 7, 15, dan 21 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa volume biogas optimum sebesar 4,2 liter tercapai pada kondisi perbandingan limbah cair industri tahu (tanpa proses koagulasi) dengan air sebesar 1:0 (v/v) dengan waktu fermentasi 15 hari. Pada kondisi ini, penyisihan COD yang dicapai sebesar 46,29 %, TSS sebesar 7,56 %, dan TDS sebesar 41,85 %. Untuk uji nyala yang dilakukan menghasilkan api biru dan tidak berasap sehingga dapat dikatakan biogas yang dihasilkaan mengandung metana. Untuk limbah cair industri tahu dengan proses koagulasi menggunakan biji asam jawa sebanyak 3000 mg/L dengan ukuran partikel 140 mesh diperoleh volume biogas optimum sebesar 3,1 liter dengan waktu fermentasi 12 hari pada perbandingan limbah cair industri tahu dengan air sebesar 1:0 (v/v). Persentase penyisihan COD sebesar 1,45 %, TSS sebesar 77,51 % dan TDS sebesar 44,65 %. Untuk uji nyala yang dilakukan menghasilkan api biru, sehingga dapat dikatakan biogas yang dihasilkan mengandung metana. Akan tetapi bila dibandingkan dengan baku mutu yang dipersyaratkan menurut KepMenLH No. 51 Tahun 1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair Bagi Kegiatan Industri, hasil yang dicapai untuk nilai TDS sudah memenuhi. Untuk nilai COD mendekati nilai baku yang dipersyaratkan. Sementara untuk nilai TSS belum memenuhi baku mutu yang dipersyaratkan.
iv ABSTACT
This research was conducted to study the effect of tofu waste water industry raw material and retention time fermentation process in make biogas from tofu waste water industry. The main raw material in this research is tofu waste water industry (whey) and the used apparatus is biodigester (batch reactor) in volume of 14 liter. The research variable ratio of tofu waste water industry (without or after coagulation process by coagulant of tamarind) and water are 1:0, 1:0.25 and 1:0.5, fermentation period 7, 15, and 21 days. The result of study indicates that the optimum biogas volume is 4,2 liter obtained in ratio of tofu waste water industry (without coagulation process) and water 1:0 (V/V) and fermentation period is 15 days. In this condition, elimination percentage of COD is 46.29 %, TSS is 7.56 % and TDS is 41.85 %. For flame test obtain the blue flame and without smoke that indicates the produced biogas contain methane. For tofu waste water industry in coagulation process using tamarind for 3000 mg/L and particle size 140 mesh, the optimum biogas volume is 3.1 liter and fermentation period for 12 days in the ratio of tofu waste water industry and water is 1:0 (V/V). In this condition, elimination percentage of COD is 1.45 %, TSS is 77.51 % and TDS is 44.65 %. For flame test obtain blue flame that indicates the produced biogas contain methane. But if compared to the required raw material in accordance with KepMenLH No. 51 of 1995 concerning to Quality Standard Of Liquid Waste For Industries, the TDS value have fulfilled. For COD approach the required standard. While for TSS value not fulfil required standard.
v DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ………. i ABSTRAK ……… iii DAFTAR ISI ……….... v DAFTAR GAMBAR ……… vi
DAFTAR TABEL ………. vii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Pendahuluan ……… 1
1.2. Perumusan Masalah ………. 4
1.3. Tujuan Penelitian ……… 5
1.4. Manfaat Penelitian ………... 6
1.5. Ruang Lingkup Penelitian ………. 6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sejarah Biogas ………. 7
2.2. Definisi Biogas ……….. 8
2.3 Proses Produksi Biogas ……… 9
2.3.1 Bahan Baku ……… 9
2.3.2 Proses Anaerob ……….. 11
2.4 Sistem Produksi Biogas ……… 16
A. Pengisian Curah ………. 16
B. Pengisian Kontinyu ……… 16
2.5 Limbah Cair Industri Tahu ……….. 22
2.6 Karakteristik Limbah Cair Industri Tahu ……… 25
2.7 Pengolahan Limbah Cair Industri Tahu ……… 27
2.8 Pengolahan Limbah Cair Secara Anaerobik ……… 31
2.9 Mikroorganisme Yang Terlibat Dalam Proses Degradasi Anaerobik ……… 33
vi
2.10.Fermentasi Anaerobik ……… 36
2.11.Pemanfaatan Biogas ……… 37
2.12. Karakteristik Flokulan Biji Asam Jawa ……… 38
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ………. 39
3.2. Bahan dan Peralatan ……… 39
3.2.1. Bahan-bahan ……….. 39
3.2.2. Peralatan ……… 40
3.3. Prosedur Percobaan ………. 43
3.3.1. Pembuatan Starter ………. 43
3.3.2. Fermentasi Limbah Cair Industri Tahu Menjadi Biogas … 43 3.3.3. Prosedur Penelitian Pengaruh Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap Kualitas Limbah Cair Industri Tahu (Tanpa Koagulan) dan Biogas yang Dihasilkan ……… 44
3.3.4. Prosedur Penelitian Pengaruh Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap Kualitas Limbah Cair Industri Tahu (dengan Penambahan Koagulan Biji Asam Jawa) dan Biogas yang Dihasilkan ……… 46
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengaruh Waktu Tinggal Terhadap Volume Biogas……… 48
4.2. Pengaruh Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap COD dan Persentase Penyisihan COD ………. 51
4.3. Pengaruh Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap pH ……… 55
4.4. Pengaruh Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap TSS dan Persentase Penyisihan TSS ………. 57
4.5. Pengaruh Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap TDS dan Persentase Penyisihan TDS ………. 62
vii
4.6. Efektifitas Biogas Limbah Cair Tahu Tanpa Pengolahan Dengan Proses Koagulasi (Biji Asam Jawa) dan Limbah
Cair Tahu Dengan Pengolahan Proses Koagulasi ……… 66
4.7. Hasil Pengujian ……… 68
A. Uji Nyala Tanpa Proses Koagulasi ……… 68
B. Uji Nyala Dengan Proses Koagulasi ………. 69
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ……….. 70
5.2. Saran ……… 71
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A. DATA PERCOBAAN LAMPIRAN B. FOTO-FOTO ALAT LAMPIRAN C. PROSEDUR ANALISA
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Penggunaan Biogas untuk berbagai Aplikasi ……… 9
Gambar 2.2. Instalasi Sistem Produksi dan Pemanfaatan Biogas ………….. 12
Gambar 2.3. Pencerna Tipe Floating Dome (India) ……….. 18
Gambar 2.4. Pencerna Tipe Fixed Dome (China) ……….. 18
Gambar 2.5. Proses Dalam Reaktor Biogas ……… 20
Gambar 2.6. Bagan Proses Pembuatan Tahu ………... 23
Gambar 3.1. Skematik Biodigester ………. 41
Gambar 3.2. Bagan Alir Penelitian Pengaruh Waktu Tinggal Terhadap Kualitas Limbah Cair Industri Tahu (Tanpa Koagulan) dan Biogas Yang Dihasilkan ………. 45
Gambar 3.3. Bagan Alir Penelitian Pengaruh Waktu Tinggal Terhadap Kualitas Limbah Cair Industri Tahu (Dengan Penamabahan Koagulan Biji Asam Jawa) dan Biogas Yang Dihasilkan ……. 47
Gambar 4.1. Grafik Waktu tinggal Terhadap Volume Biogas ……… 48
Gambar 4.2. Grafik Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap COD ………. 51
Gambar 4.3. Grafik Waktu Tinggal Terhadap Persentase Penyisihan COD ….. 53
Gambar 4.4. Grafik Waktu Tinggal Fermentasi terhadap pH ……… 55
Gambar 4.5. Grafik Waktu Tinggal Fermentasi Terhadap TSS ……….. 57
Gambar 4.6. Grafik Waktu Tinggal Terhadap Persentase Penyisihan TSS …. 59 Gambar 4.7. Grafik waktu Tinggal Fermentasi Terhadap TDS ……….. 62 Gambar 4.8. Grafik Waktu Tinggal Terhadap Persentase Penyisihan TDS … 64
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Komposisi Biogas Secara Umum ………. 8
Tabel 2.2. Rasio C/N untuk Berbagai Bahan Organik ……… 10
Tabel 2.3. Konsentrasi Kation Ringan Stimulatory ………. 15
Tabel 2.4. Nilai dalam Kandungan Kering Bahan Baku Biogas ……… 16
Tabel 2.5. Perkiraan Kebutuhan Air pada Pengolahan Tahu ……….. 24
Tabel 2.6. Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik ……….. 36
Tabel 2.7. Perbandingan Nilai Kalor Biogas ……….. 37
Tabel 4.1. Konsumsi Energi Untuk Memasak di Pedesaan Indonesia/kapita/tahun ……… 66
