PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN PADA
TAHAP ASIDOGENESIS PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT
(LCPKS)
SKRIPSI
Oleh
HERYPASC ADIPASAH
090405011
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH KECEPATAN PENGADUKAN PADA
TAHAP ASIDOGENESIS PENGOLAHAN
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
SKRIPSI
Oleh
HERYPASC ADIPASAH
090405011
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Skripsi ini berjudul “Pengaruh Kecepatan Pengadukan Pada Tahap Asidogenesis Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)”, ditulis 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.
Adapun hal kebaharuan dari hasil penelitian ini adalah pengaruh variasi kecepatan pengadukan fermentor terhadap metabolisme senyawa-senyawa organik yang terkandung di dalam POME oleh mikroorganisme pada proses asidogenesis dalam pembentukkan VFA sebagai produk intermidiet proses digestasi anaerobik. Penelitian menggunakan reaktor tipe continous stirred tank reactor (CSTR) yang mana mikroorganisme tumbuh dan berkembangbiak di dalam fermentor merupakan mikroorganisme dengan tipe pertumbuhan tersuspensi. Hasil dari penelitian ini menghasilkan informasi mengenai bilangan Reynold yang baik pada pengadukan tahap asidogenesis dalam pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) agar dapat digunakan dalam scale up reactor dan juga menunjukkan potensi ekonomi yang tinggi terutama dalam peningkatan produksi biogas apabila tahapan asidogenesis tersebut diaplikasikan secara langsung dengan tahapan metanogenesis.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Dr. Eng. Ir. Irvan, Msi selaku dosen pembimbing, atas kontribusinya dalam menentukan judul, bimbingan, diskusi serta saran
3. Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku dosen penguji, yang telah banyak memberikan arahan, kritik dan juga saran yang sangat baik.
4. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen penguji, yang telah banyak memberikan arahan, kritik dan juga saran yang sangat baik.
5. Metawater Co. Ltd. – Jepang selaku penyandang dana
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, 26 Nopember 2014
Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
1. Kedua orang tua penulis yang tercinta, Ir. Herkules Abdullah, MS dan Ir. Suryati Hara atas doa dan dukungan yang selalu diberikan kepada penulis hingga terselesainya skripsi ini.
2. Seluruh anggota keluarga penulis terutama untuk kakak tersayang Amalia Akita dan adik tersayang Nabila Akiti atas doa dan dukungan yang telah diberikan.
3. Kekasih tersayang Luri Adriani yang telah banyak memberikan doa dan dukungan kepada penulis.
4. Anggota tim penelitian penulis, Veronica Manalu, ST dan Wenny Vivi Florens Sirait, ST atas doa, dukungan dan kerjasama yang baik selama pengerjaan penelitian hingga terselesaikannya skripsi ini.
5. Seluruh sahabat serta teman sejawat penulis khususnya angkatan 2009 Teknik Kimia USU, David Tambunan, Jeni Lubis, Muhamad Rahman, Faisal Buchari dan Syahri Dani atas semangat dan motivasi yang saling mendukung kepada penulis.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Herypasc Adipasah NIM : 090405011
Tempat/Tgl. Lahir: Bogor, 01 Oktober 1991 Nama orang tua: Ir. Herkules Abdullah, MS Alamat orang tua:
Blok F No. 30, Perumahan Cendana Asri,
Kecamatan Batang Kuis, Kabupaten Deli Serdang 20372
Asal Sekolah
TK Aisyiyah Bustanul Athfal Medan (1996) SD Negeri 106164 Sambirejo Timur (1997-2003) SMP Negeri 1 Percut Sei Tuan (2003-2004) SMP Swasta AL-ULUM Medan (2004-2006) SMA Negeri 5 Medan (2006-2009)
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Ketua Umum Palang Merah Remaja (PMR) 007 SMA Negeri 5 Medan 2007/2008
2. Sekretaris Umum Covalen Studi Group (CSG) 2011/2012 3. Ketua Umum Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK)
Kepengurusan 2012/2013
4. Asisten Lab. Mikrobiologi Proses Modul Fermentasi 2012/2013 5. Kerja Praktek di PT. Lafarge Cement Indonesia (2012)
Artikel yang telah diterima untuk dipublikasikan pada Pertemuan Ilmiah:
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji bagaimana pengaruh kecepatan pengadukan terhadap perubahan konsentrasi chemical oxygen demand (COD) dan padatan yang terkandung di dalam cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dan proses penguraiannya menjadi senyawa volatile fatty acid (VFA) pada tahap asidogenesis pengolahan Limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS). Penelitian ini terbagi atas penelitian pendahuluan dan penelitian utama. Pada penelitian pendahuluan diperoleh karakteristik LCPKS dan didapat hasil optimal pada HRT 4 hari. Pada penelitian utama dengan memvariasikan kecepatan pengadukan pada 25, 50, 100 dan 200 rpm dan didapat hasil bahwa semakin tinggi kecepatan pengadukan maka konsentrasi VSS meningkat, seiring meningkatnya kecepatan pengadukan maka degradasi VS dan COD meningkat dan pada kecepatan pengadukan 200 rpm diperoleh total VFA terbanyak pada 5.776,606 mg/L terdiri dari 1.889,233 mg/L asam asetat, 1.161,426 mg/L asam propionat dan 2.725,947 mg/L asam butirat.
ABSTRACT
The purposes of this research were to study how mixing velocity influenced the changes in the concentration of chemical oxygen demand (COD) and solids contained in POME and the degradation of these components into volatile fatty acids (VFA) during acidogenesis of POME. This research consisted of two stages, loading up and target operation. The results obtained for loading up were the characterizations of the POME itself and optimum HRT operation of 4 days. During operation target, the mixing velocity was varied with mixing of 50, 100, and 200 rpm and the results obtained from this experiment showed that the increasing of mixing velocity would also increase the VSS, VS, and COD concentration. The highest concentration of total VFA of 5.766,606 mg/L were obtained for mixing velocity of 200 rpm with the concentration of acetic acids, propionic acids, and butyric acids were 1.889,233, 1.161,426, and 2.725.947 mg/L, respectively.
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN SKRIPSI ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 8
2.1 POTENSI DAN KESINAMBUNGAN DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ATAU PALM OIL MILL EFFLUENT (POME)
MENJADI BIOGAS 8
2.2 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ATAU
PALM OIL MILL EFFLUENT (POME) DAN BIOGAS 9
2.2.1 Karakteristik Palm Oil Mill Effluent (POME) 9
2.2.2 Karakteristik Biogas 9
2.3 PROSES PEMBUATAN BIOGAS 11
2.3.1 Hidrolisis 11
2.3.2 Asidogenesis 12
2.3.4 Metanogenesis 12
2.4 PARAMETER DIGESTASI ANAEROBIK 14
2.4.1 Temperatur 15
2.4.2 Alkalinitas 16
2.4.3 pH 16
2.4.4 Nutrisi 17
2.4.5 Logam Terlarut 18
2.4.6 Pengadukan 18
2.4.7 Konsentrasi Mikroorganisme 19
2.4.8 Zat Racun (Toxic) 20
2.5 PENGADUKAN DAN PENCAMPURAN 21
2.5.1 Tujuan dari Pengadukan 21
2.5.2 Peralatan Agitasi 22
2.5.3 Pemilihan Pengaduk dan Range Viskositas 23
2.5.4 Pola Aliran dalam Pengadukan 23
2.5.5 Bilangan Reynolds 24
2.6 PEMANFAATAN BIOGAS 24
2.7 POTENSI EKONOMI 25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 28
3.1 LOKASI PENELITIAN 28
3.4 TAHAPAN PENELITIAN 31
3.4.1 Pengujian Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 31
3.4.2 Loading Up dan Operasi Target 36
3.4.3 Pengujian Sampel (Sampling) 37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 38
4.1.1 Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 38
4.2 PROSES LOADING UP 39
4.2.1 Profil pH dan Alkalinitas pada berbagai Hidraulic Retention Time
(HRT) 39
4.2.2 Pengaruh Kondisi pH dan Alkalinitas terhadap Pertumbuhan Mikroba 41 4.2.3 Pengaruh Hidraulic Retention Time (HRT) terhadap Padatan
Tersuspesi 43
4.2.4 Pengaruh Hidraulic Retention Time (HRT) Terhadap Degradasi
Chemical Oxygen Demand (COD) 44
4.3 HASIL PENELITIAN PROSES OPERASI TARGET PADA PROSES
ASIDOGENESIS 45
4.3.1 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Padatan Tersuspensi pada
Operasi Target 45
4.3.2 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Volatile Solid (VS) 48 4.3.3 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Degradasi
Chemical Oxygen Demand (COD) 50
4.3.4 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Pembentukan Volatile
Fatty Acid (VFA). 52
4.3.5 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 56
5.1 KESIMPULAN 56
5.2 SARAN 56
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Digestasi Anaerobik Biomassa menjadi Metana 13
Gambar 2.2 Four-Blade Turbine Agitator 22
Gambar 2.3 Tangki bersekat dengan six-blade turbine agitator pola aliran 23
Gambar 2.4 Total VFA versus Produksi Biogas 27
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 30
Gambar 4.1 Profil pH dan Alkalinitas pada Berbagai Hydraulic Retention
Time (HRT) 40
Gambar 4.2 Pengaruh Kondisi pH dan Alkalinitas terhadap Pertumbuhan
Mikroba 42
Gambar 4.3 Pengaruh Hydraulic Retention Time (HRT) terhadap
Padatan Tersuspensi 43
Gambar 4.4 Pengaruh Hydraulic Retention Time (HRT) terhadap Degradasi
Chemical Oxygen Demand (COD) 45
Gambar 4.5 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Padatan Tersuspensi
pada Operasi Target 46
Gambar 4.6 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Padatan Tersuspensi
pada Stabil Data 47
Gambar 4.7 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Volatile Solid (VS) 48 Gambar 4.8 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Volatile Solid (VS)
pada Stabil Data 49
Gambar 4.9 Pengaruh Kecepatan pengadukan terhadap Degradasi Chemical
Oxygen Demand (COD) 51
Gambar 4.10 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Pembentukan
Asam Asetat, Asam Propionat dan Asam Butirat 52 Gambar 4.11 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Total
Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) 53 Gambar 4.12 Pengaruh Kecepatan Pengadukan terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 55
Gambar L1.1 Rangkaian Peralatan 63
Gambar L1.2 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids 62
Gambar L1.3 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solid 63
Gambar L1.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solid 64 Gambar L1.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solid 64
Gambar L1.6 Flowchart Prosedur Analisis pH 65
Gambar L1.7 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target 66
Gambar L4.1 Tangki Umpan 80
Gambar L4.2 Fermentor 80
Gambar L4.3 Impeler Jenis Turbin yang Digunakan 81
Gambar L4.4 Gas Meter 81
Gambar L4.5 Botol Keluaran Fermentor (discharge) 82
Gambar L4.6 Botol Biogas (Gas Collector) 82
Gambar L4.7 Rangkaian Peralatan 83
Gambar L4.8 Peralatan Analisis M-Alkalinity 83
Gambar L4.9 Detecting Tube Hasil Analisis Gas H2S dan CO2 84
Gambar L4.10 Peralatan Analisis Padatan Tersuspensi (Vacuum Pump) 84
Gambar L4.11 Furnace 85
Gambar L4.12 Oven 85
Gambar L5.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Karbohidrat dan Protein 81 Gambar L5.2 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Minyak dan Lemak 82 Gambar L5.3 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis COD Influent pada Proses
Loading Up 83
Gambar L5.4 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis COD Influent pada
Penelitian Operasi Target 84
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Produksi Minyak dan Gas Alam Indonesia tahun 1996-2011 1 Tabel 1.2 Beberapa Hasil Penelitian Pembuatan Biogas 3 Tabel 2.1 Data Potensi POME sebagai Bahan Baku Biogas 8 Tabel 2.2 Karakteristik Palm Oil Mill Effluent (POME) 9 Tabel 2.3 Pengaruh Komponen Biogas, Kandungan dan Pengaruhnya 10 Tabel 2.4 Karakteristik Umum Mikroorganisme Metanogenik 14
Tabel 2.5 Kondisi Optimum Produksi Biogas 14
Tabel 2.6 Waktu Regenerasi Mikroorganisme Anaerobik 19 Tabel 2.7 Komponen dan Konsentrasi Penghambat dalam Biogas 20
Tabel 2.8 Pemanfaatan Biogas 25
Tabel 2.9 Volume Pembentukan Biogas dari Konversi VFA 26 Tabel 4.1 Hasil Analisa Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 38 Tabel L2.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Adolina 67
Tabel L2.2 Data Hasil Pengukuran pH dan Alkalinitas Fermentor 67
Tabel L2.3 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi Padatan Tersuspensi Fermentor 69
Tabel L2.4 Data Hasil Degradasi COD 70
Tabel L2.5 Data Hasil Pengukuran pada Kecepatan pengadukan 200 rpm 70
Tabel L2.6 Data Hasil Pengukuran pada Kecepatan pengadukan 100 rpm 71
Tabel L2.7 Data Hasil Pengukuran pada Kecepatan pengadukan 50 rpm 71
Tabel L2.8 Data Hasil Pengukuran pada Kecepatan pengadukan 25 rpm 72
Tabel L2.9 Data Hasil pH dan Alkalinitas 72
Tabel L2.10 Data Hasil VS Influent dan Efluent 73 Tabel L2.11 Data Hasil TSS Influent dan Efluent 73 Tabel L2.12 Data Hasil VSS Influent dan Efluent 74
Tabel L2.13 Data Hasil Degradasi VS 74
Tabel L2.14 Data Hasil Degradasi COD 74
Tabel L2.17 Data Hasil Pengukuran Densitas, Viskositas, Bilangan
Reynolds dan Jenis Aliran 75
Tabel L3.1 Data VS untuk Variasi pH 5,0 76
Tabel L3.2 Densitas Air 77
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 METODOLOGI PENELITIAN 61
L1.1 FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN 61
L1.1.1 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity 61 L1.1.2 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS) 62 L1.1.3 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solid (VS) 63 L1.1.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solid (TSS) 63 L1.1.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solid (VSS) 64
L1.1.6 Flowchart Prosedur Analisis pH 65
L1.1.7 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target 65
LAMPIRAN 2 DATA HASIL PENELITIAN 67
L2.1 KARAKTERISTIK POME PTPN III PKS ADOLINA 67
L2.2 DATA HASIL PENELITIAN PENDAHULUAN (LOADING UP) 67 L2.2.1 Data L2.2.2 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi Padatan Tersuspensi 69
L2.2.3 Data Hasil Reduksi COD 70
L2.3 DATA HASIL PENELITIAN UTAMA (OPERASI TARGET) 70 L2.3.1 Data Hasil Pengukuran Alkalinitas, pH, VS, TSS, VSS 70 L2.3.2 Data Hasil Pengukuran Pada Stabil Data Dengan Standar Deviasi 72
L2.3.3 Data Hasil Degradasi VS 74
L2.3.4 Data Hasil Degradasi COD 74
L2.3.5 Data Hasil Pengukuran Konsentrasi VFA 75 L2.3.6 Data Perhitungan Ratio VFA/Alkalinitas 75
L2.3.6 Data Hasil Pengukuran Densitas, Viskositas, Bilangan Reynolds dan
Jenis Aliran 75
LAMPIRAN 3 CONTOH PERHITUNGAN 76
L3.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD 76
L3.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI 76
L3.3 PERHITUNGAN DEGRADASI VOLATILE SOLID (VS) 77
L3.4 PERHITUNGAN DENSITAS 77
L3.5 PERHITUNGAN VISKOSITAS 78
LAMPIRAN 4 DOKUMENTASI 80
LAMPIRAN 5 HASIL UJI LABORATORIUM 83
L5.1 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS KARBOHIDRAT
DAN PROTEIN 86
L5.1.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Karbohidrat dan Protein 86 L5.2 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS MINYAK DAN
LEMAK 87
L5.2.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Minyak dan Lemak 87 L5.3 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS COD INFLUENT 88
L5.3.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis COD Influent pada Proses
Loading Up 88
L5.3.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis COD Influent pada
Penelitian Operasi Target 89
DAFTAR SINGKATAN
BOD Biological Oxygen Demand BPS Badan Pusat Statistik COD Chemical Oxygen Demand
CPO Crude Palm Oil
CSTR Continous Stirred Tank Reactor HRT Hydraulic Retention Time
LCPKS Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
OPEC Organization of the Petroleum Exporting Countries POME Palm Oil Mill Effluent
PTPN Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara
TAMSI-DMSI Tim Advokasi Minyak Sawit Indonesia – Dewan Minyak Sawit Indonesia
TBS Tandan Buah Segar
TKS Tandan Kosong Sawit
TS Total Solid
TSS Tatal Suspended Solid
VFA Volatile Fatty Acid
VS Volatile Solid
