Pengaruh Hydraulic Retenton Time (HRT) Dan Recycle Sludge Pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Menggunakan Temperatur 45 °C

(1)

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTON TIME

(HRT) DAN

RECYCLE

SLUDGE

PADA PROSES ASIDOGENESIS

LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)

MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C

SKRIPSI

Oleh

YOLA MELIDA

110405016

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTON TIME

(HRT) DAN

RECYCLE

SLUDGE

PADA PROSES ASIDOGENESIS

LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)

MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C

SKRIPSI

Oleh

YOLA MELIDA

110405016

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

i

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

PENGARUH

HYDRAULIC RETENTON TIME

(HRT) DAN

RECYCLE

SLUDGE

PADA PROSES ASIDOGENESIS

LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)

MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C

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, Oktober 2015

Yola Melida

(4)

(5)

iv

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 Retenton Time (HRT) Dan Recycle Sludge

Pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

Menggunakan Temperatur 45 °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. Memberikan informasi mengenai proses loading up dan variasi recycle

sludge dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis menggunakan

temperatur 45 oC.

2. 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. sebagai Ketua Departmen Teknik Kimia dan

sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan

bantuan dalam pelaksanaan sidang.

2. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen

Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Dosen

Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan

skripsi ini.

4. Ir. Bambang Trisakti, MT selaku Kepala Laboratorium Proses Industri

(6)

v

5. Kedua orang tua tercinta yang telah memberikan semangat, dorongan baik

secara material maupun secara spiritual kepada penulis.

6. Rekan penelitian Intan Afrilia yang telah sabar dan membantu Penulis

bekerja sama dalam menyelesaikan penelitian.

7. Rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi, Bg Dedy Anwar, Aidil Saputra,

Ramlan, M. Darul Nafis, Rio Agung Prakoso, Ekuino Simanungkalit, Tri

Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan

Muksalmina.

8. Teman-teman angkatan 2011 yang telah menemani Penulis dalam

menempuh jalan menuju skripsi terutama, Ayu, Tika, Dania, Kherly, Piti,

Yani dan Amin.

9. Teman-teman LETHGEN dan KAMMI TEKNIK yang selalu memberikan

motivasi dan doa kepada penulis.

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

Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan

kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.

11. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini,

yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu.

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, Oktober 2015

Penulis

(7)

vi

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak & Ibu tercinta

Bapak Donni Hendri dan Ibu Erlinda

Orang tua dengan seluruh perhatian, nasehat dan kasih

sayang yang telah membesarkan dan mendidikku

hingga seperti saat ini.

Serta Kakak & Adik tersayang

Ruri Soraya dan Ahmad Gani

Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih sayang dan do’a yang tak pernah putus selalu kalian

(8)

vii

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama : Yola Melida

NIM : 110405016

Tempat, tanggal lahir : Duri / 16 Mei 1993 Nama Orang Tua : Donni Hendri dan Erlinda Alamat Orang Tua:

Jalan Gajah Mada Pelita III No. 96 Sebanga, Kelurahan Titian Antui, Kecamatan Pinggir, Kota Duri, Riau.

Asal Sekolah:

 SD Negeri 04 Talang Mandi Duri tahun 1999–2005  SMP S IT Mutiara Duri tahun 2005–2008

 SMA Negeri Plus Prop.Riau tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh:

1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2012–2013 2. Beasiswa Kabupaten Bengkalis tahun 2011–2012

Pengalaman Organisasi/Kerja:

1. Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) Teknik USU periode 2014/2015 sebagai Sekretaris Umum

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota Sosial dan Rohani

3. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai Ketua Keputrian 4. Anggota English Club FT USU tahun 2012-2013

5. Anggota USU Youth Rural Envoy tahun 2014

(9)

viii

ABSTRAK

Asidogenesis merupakan proses yang kompleks dimana mikroba anaerob bersama-sama mengurai senyawa organik menjadi asam organik molekul rendah berupa Volatile Fatty Acid (VFA) yang terdiri dari asam asetat, asam propionat dan asam butirat. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi HRT dan

recycle sludge serta mendapatkan rasio recycle sludge terbaik pada proses asidognesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada temperatur 45 oC. Fermentor yang digunakan yaitu CSTR dan laju pengadukan fermentor 150 rpm. Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT 20, 15, 10 dan 4 dengan pH 6 kemudian dilanjutkan dengan variasi recycle sludge yaitu pada 0, 15, 25, dan 35% dengan pH 6 dan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis TS, VS, TSS, VSS, COD dan VFA. Kondisi terbaik pada variasi recycle sludge dengan HRT 4 dicapai pada rasio recycle sludge 15% dengan konsentrasi VSS 9.467 mg/L dan reduksi VS tertinggi sebesar 27% serta memiliki reduksi COD tertinggi sebesar 49,58%.

(10)

ix

ABSTRACT

Acidogenesis is a complex process in which microbes decompose anaerobically together organic compounds into low molecular organic acids such as Volatile Fatty Acid (VFA) consisting of acetic acid, propionic acid and butyric acid. This study aims to get the effect of variations in HRT and recycle sludge and to obtain the best sludge recycle ratio on Palm Oil Mill Effluent (POME) acidogenesis process at a temperature of 45 oC. Fermenter used is CSTR fermentor and agitation rate of 150 rpm. Up the loading process is done by varying the starting HRT 20, 15, 10 and 4 to pH 6 and then proceed with the variation of the recycle sludge that is at 0, 15, 25, and 35% with a pH of 6 and HRT 4. Analysis conducted the analysis TS, VS, TSS, VSS, COD and VFA. The best conditions in the variation of the recycle sludge with HRT 4 achieved in the sludge recycle ratio of 15% with a VSS concentration of 9.467 mg / L and the highest VS reduction of 27% and has the highest COD reduction of 49.58%.

(11)

x

DAFTAR ISI

Halaman

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN 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 PEMBUATAN BIOGAS

2.3.1 Hidrolisis

2.3.2 Asidogenesis

2.3.3 Asetogenesis

2.3.4 Metanogenesis

2.4 PEMILIHAN PROSES DIGESTASI ANAEROBIK DUA

(12)

xi 2.4.1 Parameter Digestasi Anaerobik

2.4.1.1 Temperatur

2.4.1.2 Nilai pH

2.4.1.3 Nutrisi

2.4.1.4 Kecepatan Pengadukan

2.4.1.5 Hydraulic Retention Time (HRT)

2.4.1.6 Alkalinitas

2.7 ANALISA EKONOMI

16

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 Recycle

3.3.4 Pengujian Sampel (Sampling)

3.4 JADWAL PENELITIAN

22

BAB IV PEMBAHASAN

4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP)

31

(13)

xii

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 RECYCLE SLUDGE

4.3.1 Pengaruh recycle sludge terhadap Profil pH dan

Alkalinitas

4.3.2 Pengaruh recycle sludge terhadap Profil Pertumbuhan

Mikroba

4.3.3 Pengaruh recycle sludge terhadap Volatile SolidS (VS)

4.3.4 Pengaruh recycle sludge terhadap Reduksi Chemical

Oxygen Demand (COD)

32

33

35

36

37

38

40

42

44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 46

(14)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram alir sederhana proses produksi minyak sawit

mentah termasuk limbah cair pabrik kelapa sawit

(LCPKS)

Gambar 2.2 Tahapan proses fermentasi metana

Gambar 2.3 Proses Digestasi Anaerobik Dua Tahap

Gambar 2.4 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 Recycle Sludge terhadap Alkalinitas

Gambar 4.7 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata

Alkalinitas

Gambar 4.8 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Konsentrasi VSS

pada Operasi Target

Gambar 4.9 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata VSS

Gambar 4.10 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Volatile

Solid (VS) pada Operasi Target

Gambar 4.11 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata Volatile

Solid (VS)

Gambar 4.12 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Chemical

Oxygen Demand (COD)

Gambar A.1 Rangkaian Peralatan

Gambar A.2 Flowchart Prosedur Analisis pH

(15)

xiv

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 A.10 Flowchart Prosedur Recycle

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

Gambar D.13 Oven

Gambar D.14 Furnace

(16)

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1.1 Potensi Sumber Daya Energi Baru Terbarukan

Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Terdahulu

Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit

Tabel 2.3 Karakteristik Biogas

Tabel 2.4 Perbandingan Nilai Kalori dan Kesetaraan Biogas dengan

Sumber Energi Lain

Tabel 2.5 Kebutuhan Nutrisi Mikroba

Tabel 2.6 Volume Pembentukan 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 Karakteristik LCPKS dari PKS Adolina PTPN IV

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 D Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan

VSS pada Variasi Recycle Sludge

Tabel B.6 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)

pada Variasi Recycle Sludge

(17)

xvi

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)

A.3.8 Flowchart Prosedur Analisis Loading Up dan Operasi

Target

A.3.9 Flowchart Prosedur Recycle

53

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 Recycle Sludge

65

67

LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN

C.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD

C.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI

70

(18)

xvii

LAMPIRAN D DOKUMENTASI 71

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)

76

77

(19)

xviii

Biological Oxygen Demand

Chemical Oxygen Demand

Crude Palm Oil

Continous Stirred Tank Reactor

Hydraulic Retention Time

Limbah CairPabrik Kelapa Sawit

Mix Liquor Suspended Solid

Organic Loading Rate

Pabrik Kelapa Sawit

Palm Oil Mill Effluent

Sequencing Batch Reactor

Suspended Closed Anaerobic Bioreactor

Tandan Buah segar

Total Chemical Oxygen Demand

Tandan Kosong Sawit

Total Nitrogen

Total Solids

Total Suspended Solids

Upflow Anaerobic Sludge Bed

Volatile Fatty Acid

Volatile Solids