PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN pH PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 C

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTION TIME

_{(HRT) DAN pH}

PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK

KELAPA SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN

TEMPERATUR 45

0

C

SKRIPSI

Oleh

RAMLAN

110405017

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTION TIME

_{(HRT) DAN pH}

PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK

KELAPA SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN

TEMPERATUR 45

0

C

SKRIPSI

Oleh

RAMLAN

110405017

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

iii

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 pH pada Proses

Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada Temperatur 45

o

C”, 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 pH dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis

menggunakan temperatur 45 oC sehingga lebih menghemat energi yang

umumnya digunakan untuk pemanas.

2. 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 dan Ir. Bambang Trisakti, MT selaku

Pembimbing

2. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku

Penguji

3. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi

Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna,

oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan

skripsi ini.

Medan, September 2015

Penulis

iv

DEDIKASI

Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

1. Orang tua penulis, Ayahanda Mantari Mudo, Ibunda Khalimatussakdiah,

Kak Kholidahanum, Kak Enna, Bang Basri, Bang Aman Nasir, Bang Abdi

dan Anidah yang sangat banyak memberikan dukungan moril maupun

materil bagi penulis dalam segala hal terkhusus untuk kakak tercinta

Almarhumah Naimah meski beliau belum diizinkan merayakan apa yang

diperjuangkannya pada skripsi ini.

2. Rekan penelitian Rio Agung Prakoso dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg

Zoeliadi, Bg Dedy Anwar, Aidil Saputra, M. Darul Nafis, Intan Afrilia,

Yola Melida, Ekuino Simanungkalit, Tri Putra Pasaribu, Khairul Fahmi,

Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan Muksalmina.

3. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk

2011 yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa,

pembelajaran hidup dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

4. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik

Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan

kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.

v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Ramlan

NIM : 110405017

Tempat, tanggal lahir : Huta Gambir/ 10 Desember 1992

Nama Orang Tua : Mantari Mudo dan Khalimatussakdiah

Alamat Orang Tua:

Pakantan Dolok, Kecamatan Pakantan, Mandailing Natal, Sumatera Utara

Asal Sekolah:

 SD Negeri 1440062 tahun 1999–2005

 SMP Negeri 1 Pakantan tahun 2005–2008

 SMA Negeri 2 Plus Panyabungan tahun 2008–2011

Beasiswa yang pernah diperoleh:

1. Beasiswa Bidik Misi tahun 2011–2015

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 Peningkatan

Akademik dan Literatur

3. Ikatan Alumni SMA N 2 Plus Mandailing Natal

vi

ABSTRAK

Proses asidognesis merupakan tahap pertama dalam proses digestasi

anaerobik. Proses asidognesis menghasilkan volatile fatty acid (VFA)

yang menjadi substrat untuk tahap metanognesis dalam memproduksi biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi

Hydraulic Retention Time (HRT) dan pH serta mendapatkan kondisi pH terbaik dalam proses asidogenesis menggunakan Limbah Cair

Pabrik Kelapa sawit (LCPKS) pada temperatur 45 0C. Proses

loading-up dilakukan dengan memvariasikan HRT kemudian operasi target

dilakukan dengan memvariasikan pH fermentor Continous Stirred

Tank Reactor (CSTR), yaitu pH 6,0; 5,5; 5,0 dan 4,5 dengan kondisi pengadukan 150 rpm. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi VFA pada asidogenesis. Pembentukkan VFA total tertinggi dicapai pada variasi pH 5,5 yakni 20.298,85 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing-masing sebesar 8.503,90; 2.341,38 dan 9.453,55 mg/L, dengan degradasi VS dan COD masing-masing sebesar 28 % dan 39 % dan rasio VFA/Alkalinitas 12,793.

vii

ABSTRACT

Acidogenesis process is first step in anaerobic digestion process. Acidogenesis process produce volatile fatty acid (VFA) as a substrat in methanogenesis process to produce biogas. This research aimed to obtain effect of Hydraulic retention time (HRT) and pH also obtain the best pH in asidognesis process of palm oil mill effluent (POME) at temperature 45 oC. Loading up was done by varying the HRT 20,15,10,4 then followed by target operation by varying the pH (4,5;5,0; 5,5, and 6,0) of the CSTR fermentor with mixing of 150 rpm and temperature of 45 oC. Analysis for solids (TS, VS, TSS, and VSS), COD, and VFA are being done to study the conversion of organic compounds to VFA during acidogenesis. The highest VFA of 20.298,85 mg/L are formed at pH 5,5 with the concentrations of acetic acid, propionic acid, and butyric acid are 8.503,90; 2.341,38 and 9.453,55 mg/L, respectively through the VS and COD degradation of 28 and 39 %, respectively and VFA/Alkalinity ratio is 12,793.

viii

DAFTAR ISI

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... i

PENGESAHAN ... ii

2.3 Faktor Yang Mempengaruhi Digestasi Anaerobik ... 14

2.3.1 Temperatur ... 14

2.3..2 pH ... 15

2.3.3 Rasio Karbon-Nitrogen (C/N)... 15

2.3.4 Pengadukan ... 16

ix

4.2.1 Korelasi pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up ... 35

4.2.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba ... 37

4.2.3 Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) pada Proses Loading Up ... 38

4.2.4 Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA)Pada Proses Loading Up39 4.2.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas ... 40

4.3 Hasil Penelitian Proses Operasi Target ... 43

4.3.1 Pengaruh pH terhadap Alkalinitas pada Operasi Target ... 43

4.3.2 Pengaruh pH terhadap Padatan Tersuspensi pada Operasi Target . 44 4.3.3 Pengaruh pH terhadap Reduksi Vollatile Solid (VS) ... 45

4.3.4 Pengaruh pH terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD)... 47

x

4.3.6 Pengaruh pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas ... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 51

5.1 Kesimpulan ... 51

5.2 Saran ... 51

DAFTAR PUSTAKA ... 52

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tahapan Proses Digestasi Anaerobik 11

Gambar 2.2 Reaksi Hidrolisis...12

Gambar 2.3 Reaksi Asidognesis ...12

Gambar 2.4 Reaksi Asetognesis ...13

Gambar 2.5 Reaksi Metanognesis Dari Asam Asetat ...13

Gambar 2.6 Reaksi Metanognesis Dari Karbondioksida ...14

Gambar 2.7 Konversi Total VFA menjadi Biogas... ...18

Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 20

Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Penelitian...22

Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisa pH... 23

Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisa Alkalinitas ... 25

Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisa Total Solid ... 26

Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Solid ... 27

Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisa Total Suspended Solid ... 30

Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Suspended Solid ... 31

Gambar 4.1 Hubungan pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up 36

Gambar 4.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba 37

Gambar 4.3 Reduksi COD pada Proses loading up 38

Gambar 4.4 Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Pada Proses Loading Up 39 Gambar 4.5 Pengaruh pH terhadap Alkalinitas pada Operasi Target 41

Gambar 4.6 Pengaruh pH terhadap Rerata Alkalinitas (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 42

Gambar 4.7 Pengaruh pH terhadap Padatan Tersuspensi pada Operasi Target 44

Gambar 4.8 Pengaruh pH terhadap Rerata Padatan Tersuspensi (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 44

Gambar 4.9 Pengaruh pH terhadap Reduksi VS pada Operasi Target 46

Gambar 4.10 Pengaruh pH terhadap Rerata Reduksi VS (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi) 46

Gambar 4.11 Pengaruh pH terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) 47

xii

Gambar 4.13 Pengaruh pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 50

Gambar C.1 Tangki Umpan LD-1

Gambar C.2 Fermentor LD-1

Gambar C.3 Gas Meter LD-2

Gambar C.4 Botol Keluaran Fermentor (discharge) LD-2

Gambar C.5 Botol Biogas (Gas Collector) LD-2

Gambar C.6 Rangkaian Peralatan LD-3

Gambar C.7 Peralatan Analisa M-Alkalinity LD-3

Gambar C.8 Detecting Tube Hasil Analisa Gas H2S dan CO2 LD-3

Gambar C.9 Peralatan Analisa Padatan Tersuspensi (Vacuum Pump) LD-4

Gambar C.10 Furnace LD-4

Gambar C.11 Oven LD-4

Gambar D1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisa Karbohidrat, Protein dan

Lemak ...LD-1

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Komposisi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit 1

Tabel 1.2 Berbagai Penelitian Biogas ... 3

Tabel 2.1 Pertumbuhan Produksi Kelapa Sawit Indonesia ... 6

Tabel 2.2 Komposisi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit 7

Tabel 2.3 Potensi Biogas Yang Dihasilkan Oleh Beberapa Substrat 7

Tabel 2.4 Baku Mutu Limbah Pengolahan Kelapa Sawit 8

Tabel 2.5 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit 8

Tabel 2.7 Pengaruh Komponen-Komponen dalam Biogas dan Pengaruhnya 17

Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent ... 31

Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian 32

Tabel A.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Kebun Adolina LA-1

Tabel A.2 Data hasil pengukuran pH dan alkalinitas fermentor LA-1

Tabel A.3 Data hasil pengukuran konsentrasi padatan fermentor LA-3

Tabel A.6 Data hasil pengukuran konsentrasi padatan tersuspensi fermentor LA-5

Tabel A.9 Data hasil degradasi COD LA-6

Tabel A.10 Data hasil pengukuran konsentrasi VFA LA-7

Tabel A.11 Data perhitungan ratio VFA/alkalinitas LA-8

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN ... LA-1

LA.1 Karakteristik POME PTPN IV PKS Kebun Adolina ... LA-1

LA.2 Data Hasil Penelitian ... LA-1

LA.2.1 Data Hasil Pengukuran pH dan Alkalinitas Fermentor ... . LA-1

LA.2.2 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi Padatan ... . LA-3

LA.2.3 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi Padatan Tersuspensi ... . LA-5

LA.2.4 Data Hasil Degradasi COD ... . LA-6

LA.2.5 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi VFA ... . LA-7

LA.2.6 Data Perhitungan Ratio VFA/Alkalinitas ... . LA-8

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ... LA-1 LB.1 Perhitungan Degradasi COD... LA-1

LB.2 Perhitungan Standar Deviasi ... LA-1

LAMPIRAN C DOKUMENTASI ... LD-1

LAMPIRAN D HASIL UJI LABORATORIUM ... LD-1

LD.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisa Lemak ... LD-1

LD.2 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisa Protein ... LD-2

LD.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisa Karbohidrat ... LD-2