PRA PERANCANGAN BIOREAKTOR UNTUK
PENGOLAHAN LANJUT LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT (LCPMKS) SECARA ANAEROBIK
SKRIPSI
OLEH:
DWI LINTANG NIM. 11 220 70
PROGRAM STUDI AGROINDUSTRI DIPLOMA IV JURUSAN TEKNOLOGI PENGOLAHAN HASIL PERIKANAN
POLITEKNIK PERTANIAN NEGERI PANGKEP
2015
i
HALAMAN PENGESAHAN
PRA PERANCANGAN BIOREAKTOR UNTUK PENGOLAHAN LANJUT LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT
(LCPMKS) SECARA ANAEROBIK
SKRIPSI
OLEH:
DWI LINTANG 11 220 70
Telah Diperiksa dan Disetujui Oleh :
Tanggal Lulus : 3 September 2015
Ir. Mursida, M.Si Pembimbing II Dr. Andi Ridwan makkulawu, ST, MSc
Pembimbing I
Diketahui Oleh:
Ir. Andi Asdar Jaya, M.Si Direktur
Rivaldi, ST, M.Si Ketua Jurusan
ii
HALAMAN PERSETUJUAN PENGUJI
Judul : Pra perancangan Bioreaktor untuk Pengolahan Lanjut Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) secara Anaerobik Nama Mahasiswa : Dwi lintang
Nomor Pokok : 11 220 07
Jurusan : Agroindustri Sarjana Terapan
Tanggal lulus :
Disahkan Oleh :
Tim Penguji
1. Dr. Andi Ridwan Makkulawu, ST, MSc
(...)
2. Ir. Mursida, M.Si (...)
3. Rahmawati Saleh, S.Si, M.Si (...)
4. Dr. Ir Sitti Nurmiah, M.Si (...)
iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN
Yang bertanda tangan dibawah ini, Nama Mahasiswa : Dwi lintang
NIM : 11 220 70
Program Studi : Agroindustri Sarjana Terapan Perguruan Tinggi : Politeknik Pertanian Negeri Pangkep
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa skripsi yang saya tulis dengan Judul : Pra perancangan bioreaktor untuk pengolahan lanjut limbah cair pabrik minyak kelapa sawit (LCPMKS) secara anaerobik
Adalah benar-benar merupakan hasil studi saya sendiri, bukan merupakan pengambilan alihan tulisan atau pemikiran orang lain. Apabila di kemudian hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa sebagian atau keseluruhan skripsi ini hasil karya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan tersebut.
Pangkep,
Yang Menyatakan
( Dwi lintang)
iv
ABSTRACT
Dwi Lintang 11 220 07. " Pra pabricatian bioreactor for further processing of palm oil mill effluent ( POME ) anaerobic". Supervised by Andi Ridwan Makkulawu and Mursida
Palm oil mill effluent (POME) is a liquid waste generated from palm oil mill operations in a big number. The study was conducted at a palm oil mill PT.
Suryaraya Lestari I with a plant capacity 66983.13 ton TBS / hour produces as much LCPMKS 33491.065 tons / m3/ day. This study aims to (1) Know the characteristics LCPMKS. (2) Determine how much production can be generated from POME of day. (3) Knowing the design of anaerobic digestion technology covered pool. (4) Knowing the techno economic feasibility study of anaerobic digestion systems covered pool. Chemical characteristics POME PT. Suryaraya lestari I shows that the waste is colloidal, thick, brown or grayish and has a BOD content of 3,400 Mg / Ltr.effluent, TS 26.995 Mg / Ltr.effluent. biogas production from January to March increased. The largest increase occurred in March that 191,094.75 tonnes. Bioreactor design built using face-covered dome anaerobic system (fixed-dome). Bioreactors fixed-dome measuring 50,000 M3 with a depth of 5 m. Modifications form bioreactor fermentation process using temperature and agitation. Based on the results of techno-economic feasibility calculations indicate that the NPV of Rp776.473.584, - / month (Rp9.317.684.008, - / year) with the assumption that the tools used are 15 years old with 20% interest per year, IRR above 42.78 %, benefit cost ratio (Net B / C) of 16.16 and calculation of return on investment can be reached in a very short time is 4-5 months. Results techno- economic calculations show that covered anaerobic technology developed and operationalized a very decent.
Key work : POME, Bioreactor, biogas, pabrication
v
RINGKASAN
Dwi Lintang 11 220 70. Pra perancangan bioreaktor untuk pengolahan lanjut limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) secara anaerobik . Dibimbing oleh Andi Ridwan Makkulawu dan Mursida
Tahun 2013 indonesia mempunyai 360 perusahaan kelapa sawit dengan produksi minyak 17390,468 ton. Indonesia telah berubah menjadi negara yang paling besar dalam produksi CPO. Namun dibalik kesuksesan tersebut, suatu konsekuensi lain adalah timbulnya permasalahan limbah perusahaan kelapa sawit.
Penelitian ini bertujuan untuk (1) Mengetahui karakteristik LCPMKS. (2) Mengetahui seberapa besar produksi yang dapat dihasilkan dari LCPMKS perharinya. (3) Mengetahui rancangan teknologi digesti anaerob kubah tetap tertutup (fixed-dome). (4) Mengetahui study kelayakan tekno ekonomi sistem digesti anaerob kubah tetap tertutup (fixed-dome).
Metode yang digunakan dalam penyusunan penelitian ini yaitu (1) pengukuran beberapa sifat kimia dan fisika seperti pH, BOD (kebutuhan oksigen), padatan total (TS), padatan tersuspensi (SS), VFA (Volatile Fatty Acid), dan alkalinity untuk menentukan karakteristik LCPMKS. (2) Perhitungan neraca massa produksi biogas untuk menentukan seberapa besar produksi yang dapat dihasilkan dari LCPMKS perharinya. (3) spesifikasi rancangan reaktor untuk mengetahui rancangan teknologi digesti anaerob kubah tetap tertutup (fixed- dome). (4) analisa tekno ekonomi untuk mengetahui kelayakan sistem digesti anaerob kubah tetap tertutup (fixed-dome).
Hasil penelitian diketahui Karakteristik kimia LCPMKS PT. Suryaraya lestari I menunjukkan bahwa limbah bersifat koloida, kental, coklat, atau keabu- abuan dan mempunyai kandungan BOD 3400 Mg/ltr.limbah, TS 26,995 Mg/ltr.limbah. Produksi biogas dari bulan januari sampai bulan maret mengalami peningkatan. Peningkatan terbesar terjadi pada bulan maret yaitu 191.094,75 ton.
Perancangan bioreaktor dibangun dengan menggunakan sistem anaerobik kubah tetap tertutup (fixed-dome). berkapasitas 50.000 m3 dan kedalaman 5 m.
menggunakan suhu dan agitasi.
Perhitungan kelayakan tekno-ekonomi menunjukkan bahwa NPV sebesar Rp776.473.584,-/bulan (Rp9.317.684.008,-/tahun) dengan asumsi alat yang digunakan berumur 15 tahun dengan bunga bank 20% per tahun , IRR diatas 42,78 %, (Net B/C) sebesar 16,16 dan pengembalian dana investasi dapat ditempuh dalam waktu 4-5 bulan.
Dari hasil yang diperoleh dan telah dibahas diatas dapat disimpulkan bahwa bioreaktor yang dibangun menggunakan sistem anaerobik kubah tetap tertutup (fixed-dome) yang berkapasitas 50.000 m3 dengan kedalaman 5 m sangat layak dikembangkan dan dioperasionalkan.
Kata kunci : LCPMKS, bioreaktor, biogas, perancangan.
vi
KATA PENGANTAR
Bismillahirahmanirrahim
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul Pra perancangan Bioreaktor Untuk Pengolahan Lanjut Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit (LCPMKS) diPT.
Suryaraya lestari I sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi pada program Diploma IV (D4) studi Agroindustri jurusan Teknologi Pengolahan Hasil Perikanan Politeknik Pertanian Negeri Pangkep.
Penyusunan tugas akhir ini tidak terlepas dari adanya bantuan beberapa pihak baik itu langsung maupun tidak langsung. Teristimewa penulis hanturkan terima kasih kepada Ayahanda Ino Sutrisno dan Ibunda Supriatun atas segala kasih sayang serta do a restu beliau bagi keberhasilan penulis dalam menuntut ilmu. Ucapan terima kasih yang sebesar besarnya kepada bapak Dr. Andi Ridwan Makkulawu, ST, MSc selaku dosen pembimbing I serta Bapak Ir.
Mursida M. Si selaku pembimbing II yang telah banyak meluangkan waktu memberikan pengarahan, petunjuk serta bimbingan kepada penulis. Penulis juga tak lupa mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Andi Asdar Jaya, M.Si selaku Direktur Politeknik Pertanian Negeri Pangkajene dan Kepulauan beserta Jajarannya.
2. Bapak Rivaldi, S.T, M.Si. selaku Ketua Jurusan Teknologi Pengolahan Hasil Perikanan.
3. Bapak Ali Arsyad, .S.Pi, M.Si selaku Ketua Program Studi Agroindustri 4. Direktur PT. Suryaraya Lestari I yang telah memberikan izin kepada kami
untuk melaksanakan praktek di PT. Suryaraya lestari I
5. Seluruh staf serta karyawan PT. Suryaraya lestari I yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada kami.
6. Rekan-rekan mahasiswa Agroindustri angkatan XXIV dan seluruh rekan mahasiswa Politeknik Pertanian Negeri Pangkajene dan Kepulauan yang telah membantu dan memberi motivasi dalam penyelesaian Tugas akhir ini.
vii
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, Penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini. Semoga karya ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Amin.
Pangkep, agustus 2015
Penulis
viii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PENGUJI ... iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ... iv
ABSTRAK ... v
RINGKASAN ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR LAMPIRAN ... xii
I . PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan masalah ... 2
1.3 Tujuan ... 2
1.4 Manfaat kegiatan ... 3
1.5 Kerangka pemikiran ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengelolaan limbah industri kelapa sawit ... 5
2.2 Teknologi biogas ... 7
2.3 Teknologi fermentasi anaerobik ... 8
2.4 Bakteri metanogenik ... 9
2.5 Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik ... 10
2.6 Reaktor biogas ... 11
III. METODOLOGI 3.1 Waktu dan Tempat ... 14
3.2 Metode penelitian ... 14
3.3 Metode Analisis Penelitian 3.3.1 Pengukuran pH ... 14
3.3.2 Volatile Fatty Acid (VFA) ... 14
3.3.3 Chemical Oxygen Demand (COD) ... 15
3.3.4 Biologycal Oxygen Demand (BOD) ... 16
3.3.5 Total Suspended Solid (TSS) ... 16
3.3.6 Penetapan Total Nitrogen Sebagai N-NH3 ... 17
3.4 Pelaksanaan percobaan ... 18
3.4.1 Karakteristik LCPMKS ... 18
3.4.2 Rancangan Massa Biogas ... 18
3.4.3 Spesifikasi Rancangan Reaktor ... 18
3.4.4 Analisis Kelayakan Teknoekonomi ... 18
ix
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakteristik LCPMKS ... 19
4.2 Neraca Massa Produksi Biogas ... 20
4.3 Spesifikasi Rancangan Reaktor ... 22
4.4 Analisis Kelayakan Teknoekonomi ... 24
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 27
5.2 Saran ... 27
DAFTAR PUSTAKA ... 28
LAMPIRAN ... 29
RIWAYAT HIDUP ... 42
x
DAFTAR TABEL
Teks
No Halaman
1. Baku Mutu Limbah Cair PMKS ... 5
2. Komposisi gas yang terdapat dalam biogas ... 7
3. Karakteristik LCPMKS PT. Suryaraya lestari I ... 19
4. Hasil perhitungan massa biogas bulan januari-maret ... 21
5. Total produksi biogas/bulan ... 21
6. Perhitungan tekno ekonomi pengolahan LCPMKS ... 26
xi
DAFTAR GAMBAR
Teks
No Halaman
1. Diagram alir kerangka pemikiran ... 4
2. Tahapan pembuatan biogas ... 9
3. Neraca massa produksi biogas ... 20
4. Grafik total produksi biogas bulan januari-maret 2015 ... 22
5. Kolam anaerobik ... 22
6. Rancangan bioreaktor anaerobik kubah tetap tertutup (fixed-dome). 23
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Teks
No Halaman 1. Data TBS Proses diPT.suryaraya lestari I pada bulan januari ... 30 2. Data TBS Proses diPT.suryaraya lestari I pada bulan februari .... 31 3. Data TBS Proses diPT.suryaraya lestari I pada bulan maret ... 32 4. Perhitungan rancangan massa biogas ... 33 5. Draf jurnal pra perancangan bioreaktor digesti
anaerobik kolam tertutup untuk produksi bioenergi ... 34 6. Riwayat hidup penulis ... 42
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kelapa sawit (Elaeis Guineensis Jacq) merupakan tanaman industri andalan bagi perekonomian Indonesia yang tetap bertahan pada saat terjadinya krisis ekonomi berkepanjangan dan merupakan salah satu komoditas perkebunan yang menyumbang devisa besar bagi negara.
Pada tahun 2013 indonesia mempunyai 360 perusahaan kelapa sawit dengan produksi minyak 17390,468 ton. Indonesia telah berubah menjadi negara yang paling besar dalam produksi CPO. Itu berarti volume eksport minyak mentah kelapa sawit juga semakin besar dan jelas akan memberikan keuntungan yang sangat berarti, yaitu menambah devisa negara. Bahkan saat ini CPO telah menjadi primadona dalam komoditi eksport negara Indonesia. (BPS, 2013). Namun dibalik kesuksesan tersebut, suatu konsekuensi lain adalah timbulnya permasalahan limbah perusahaan kelapa sawit.
Biasanya limbah cair diolah dengan ponding system yaitu, cooling pond (kolam pendingin), mixing pond (kolam pencampuran), anaerobik pond, contacte pond. Pada proses fermentasi anaerobik (tidak memerlukan oksigen), tugas utama bakteri yaitu memecahkan berbagai macam senyawa yang lebih sederhana.
Kemudian, bakteri melanjutkan perombakan asam organik menjadi gas methane.
Bakteri yang aktif dalam perombakan yaitu bakteri metanogenik (Pahan, 2008).
Limbah dari kelapa sawit sangat melimpah. Sekarang ini diperkirakan jumlah limbah minyak kelapa sawit di PT. Suryaraya lestari I mencapai 33.491,065 ton per harinya. Dari limbah tersebut, yang dapat ditampung dan diolah menjadi pupuk organik hanya sekitar 20 ribu ton, dan sisanya tidak tertangani atau terbuang. (PT. SRL, 2015)
Gas metana (CH4) yang merupakan komponen utama biogas yang dihasilkan dari perombakan anaerobik senyawa-senyawa organik, seperti limbah cair kelapa sawit. Gas metana termasuk gas yang menimbulkan efek rumah kaca yang menyebabkan terjadinya fenomena pemanasan global karena gas metana
2
memiliki dampak 21 kali lebih tinggi dibandingkan dengan gas karbondioksida (CO2). (Wahyuni,2013)
Berdasarkan keterangan diatas, maka diperlukan rancangan bioreaktor biogas sebagai tempat khusus limbah cair yang terbuang yang diatur sedemikian rupa sehingga kondisinya optimum untuk memproduksi biogas.
1.2 Perumusan Masaalah
Limbah cair PMKS yang dihasilkan apabila langsung dibuang ke lingkungan akan sangat berpotensi mencemari lingkungan baik tanah, air, dan udara. Dengan demikian, disatu sisi potensi pengembangan produksi biogas yang sangat menjanjikan perlu dilakukan penelitian dan pengembangan sebagai sumber energi terbaharukan dan upaya mendukung program pemerintah berkaitan
pasokan energi serta teknologi bersih bagi industri. Dengan demikian
permasalahan yang menjadi tantangan dan perlu dikaji serta dikembangkan dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana karakterisasi LCPMKS ?
2. Berapakah produksi biogas yang dihasilkan dari LCPMKS perharinya berdasarkan perhitungan neraca massa ?
3. Bagaimanakah rancangan teknologi digesti anaerob kubah tetap tertutup (fixed-dome)?
4. Bagaimanakah study kelayakan tekno-ekonomi sistem digesti anaerob kubah tetap tertutup (fixed-dome).secara ekonomis dan apakah sistem tersebut layak diaplikasikan ?
1.3 Tujuan penelitian
Penelituan ini bertujuan untuk :
1. Menentukan karakterisasi LCPMKS.
2. Mendapatkan kapasitas produksi yang dapat dihasilkan dari LCPMKS perharinya.
3. Merancang teknologi digesti anaerobik kubah tetap tertutup (fixed-dome).
4. Mendapatkan study kelayakan tekno ekonomi sistem digesti anaerobik kubah tetap tertutup (fixed-dome).
3
1.4 Manfaat penelitian
Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang : 1. Teknologi pembuatan biogas dari LCPMKS sebagai energi terbaharukan.
2. Biogas yang dihasilkan dapat digunakan untuk beberapa keperluan diantaranya untuk energi listrik pabrik PMKS.
3. Kelayakan Rancangan teknologi digesti anaerobik kubah tetap tertutup (fixed- dome)
1.5 Kerangka pemikiran
Akhir-akhir ini pemanfaatan teknologi perombakan anaerob untuk mengurangi limbah industri pertanian mulai digiatkan seiring perkembangan ilmu pengetahuan dan rekayasa sistem produksi bioenergi (biogas). Salah satunya adalah LCPMKS yang melalui proses fermentasi anaerobik menjadi biogas disatu sisi sebagai kebutuhan energi perusahaan PMKS terutama dikarenakan konsumsi bahan bakar semakin bertambah dan harga perolehannya yang semakin tinggi.
LCPMKS merupakan bahan baku yang potensial untuk diolah menjadi salah satu bentuk bioenergi (biogas) melalui pemanfaatan teknologi anaerobik. Prinsip pembentukan biogas merupakan proses biologis dengan bahan dasar berupa bagan organik yang berfungsi sebagai sumber karbon dan menjadi sumber aktifitas pertumbuhan bakteri. Bahan organik dalam digester akan dirombak oleh bakteri metanogenikdan menghasilkan campuran gas metan (CH4), karbondioksida (CO2) dan beberapa gas lainnya. (Wahyuni, 2013)
Biogas hasil LCPMKS yang telah ditingkatkan, dapat dimanfaatkan untuk sumber energi pembangkit listrik pabrik PMKS pengganti bahan bakar energi sebagai pertimbangan terhadap upaya mengatasi berbagai keterbatasan dan kelangkaan BBM. Yang secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 1.
4
Batas penelitian
Gambar 1. Diagram alir kerangka pemikiran penelitian Industri kelapa sawit
Limbah cair Limbah
padat
Fat pit
Cooling pond II Cooling pond I
Mixing pond II Mixing pond I
Anaerobik pond I
Anaerobik pond II
Contec pond
Bioreaktor (biogas)
Gas
Sisa biogas (lumpur aktif)
Pupuk organik
pembangkit CPO
fiber cangkang serat
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengolahan limbah industri kelapa sawit
PMKS disamping menghasilkan CPO dan Kernel sebagai produk utama dari hasil pengolahan juga dihasilkan limbah (limbah padat, limbah cair dan limbah gas) yang dapat mencemari lingkungan sekitar pabrik. Limbah padat berupa pasir, tanah, tandan buah, ampas dan batok/cangkang. Limbah gas berasal dari penguraian zat organik yang terkandung limbah dalam limbah cair hasil pembakaran bahan bakar pada ketel uap (boiler). Sedangkan limbah cair sebaian besar dihasilkan dari unit proses yang berasal dari pengembunan uap air (Firmansyah dan Saputra, 2001)
Dari setiap ton TBS yang diolah dpat menghasilkan 140-200 kg CPO.
Selain CPO, pengolahan ini juga menghasilkan limbah cair POME (Palm Oil Mill Effluent), cangkang sawit, fiber/sabut, dan tandan kosong kelapa sawit.
Sedangkan limbah cair yang dihasilkan cukup banyak yaitu berkisar antara 500- 600 kg (PT. AAL, 2009)
Adapun para mutu yang sering dijadikan indicator dalam penilaian mutu limbah adalah BOD, COD, total Solids, Total Nitrogen, Minyak dan Lemak serta pH. Yang selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Baku Mutu Limbah Cair PMKS
No
Parameter Kadar Maksimum (Mg/Ltr.Limbah)
Beban Pencemaran Max.kg/Ton Produk
1 BOD 250 1 5
2 COD 500 3
3 Suspendid Solid 300 1 8
4 Aminiacal Nitrogen (N-NH3)
20 0 12
5 Minyak & Lemak 30 0 18
6 pH 6 9 6 9
7 Debit Limbah Max - 6
KepMen. LH No Kep-51/MenLH/10/1995 BAPEDAL 1999.
6
Proses pengolahan limbah cair yang dihasilkan oleh PMKS dilingkungan PT. Astra agro lestari diolah dengan menggunakan Two Phase Activated Sludge System . Proses pengolahan limbah cair ini dengan menggunakan beberapa jenis kolam pengolahan limbah cair yang mempunyai fungsi masing masing.
a. Pendinginan di kolam pendingin (Cooling Pond)
Limbah cair yang keluar dari fat fit dipompakan kekolam pendingin dengan tujuan untuk mendinginkan suhu limbah cair tersebut dari (70-80)ºC menjadi sekitar (40- 45)ºC, sehingga bakteri Mesophilic dapat berkembang biak dengan baik. Dikolam pendingin ini limbah cair dibiarkan mengendap selama 1 hari.
b. Pencampuran di kolam pencampuran (Mixing Pond)
Limbah cair yang telah mengalami pendinginan di kolam pendingin selama semalam, selanjutnya dialirkan ke kolam pencampur (mixing pond). Fungsi dari kolam pencampur adalah sebagai tempat proses pra kondisi limbah sebelum masuk ke kolam anaerobik. Dalam kolam pencampur ini limbah cair dicampur dengan Lumpur yang diambil dari kolam anaerobik dengan perbandingan 1:1 atau 1:2. Pencampuran ini bertujuan agar bakteri yang telah aktif pada Lumpur yang berasal dari anaerobic Pond dapat bercampur dengan limbah cair tersebut sehingga proses pengaktifan bakteri bisa lebih cepat.
c. Proses anaerobik di kolam anaerobik
Tahap selanjutnya adalah mengalirkan limbah yang berada di kolam pencampur ke kolam anaerobik. Di dalam kolam anaerobik ini terjadi proses penguraian bahan organik oleh bakteri anaerobik (berjalan tanpa membutuhkan O2) karakterisasi limbah yang keluar dari kolam anaerobik memiliki nilai BOD sekitar (3000 5000) mg/ltr.
d. Proses Pengendapan (Sedimentasi) di kolam Kontak (Contact Pond) Limbah yang telah diolah dikolam anaerobik secara Over Flow mengalir ke kolam kontak. Pada Waktu yang dibutuhkan untuk pemisahan adalah 1 hari (disesuaikan dengan petunjuk yang ada di pabrik. Karena tergantung dari waktu separasi supernatant dan solid. Setelah terjadi proses pemisahan, selanjutnya supernatant dikembalikan ke kolam Anaerobik. (PT. AAL, 2009)
7
2.2 Teknologi biogas
Biogas merupakan salah satu sumber energi terbaharukan yang dapat menjawab kebutuhan energi alternatif. Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan bahan organik oleh mikroorganisme dalam keadaan anaerob. Bahan baku biogas diantaranya adalah kotoran hewan dan manusia, sampah organik padat dan limbah organik cair (Wahyuni, 2013). Hambali, et al, 2007 menyatakan bahwa biogas sebagai energi alternatif memiliki kelebihan dibandingkan minyak tanah maupun kayu bakar. Biogas dapat menghasilkan api biru yang bersih tidak menghasilkan asap sehingga dapat menjaga kebersihan rumah.
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. Biogas tediri atas gas metana (CH4) 50%-70%, gas karbondioksida (CO2) 30%-40%, hidrogen (H2) 5%-10% dan gas gas lainnya dalam jumlah yang sedikit. (wahyuni,sri 2013)
Tabel 2. Komposisi gas yang terdapat dalam biogas
Jenis gas Volume (%)
Metana (CH4) 50 - 60
Karbondioksida (CO2) 30 - 40
O2, H2, H2S 1 - 2
Sumber : Wahyuni, 2013
Dalam skala besar, biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik. Disamping itu, dari proses produksi biogas akan dihasilkan limbah keluaran dari digester biogas yang dapat langsung dipergunakan sebagai pupuk organik pada tanaman budidaya pertanian (Wahyuni, 2013).
Wahyuni, 2013 menyatakan ada beberapa limbah industri yang selama ini yang dianggap sebagai penyebab pencemaran lingkungan justru mampu menghasilkan energi alternatif pengganti bahan bakar diantaranya yaitu :
8
a. Biogas dari bungkil jarak pagar
Pada biji jarak terdapat inti biji yang menjadi bahan dasar pembuatan biodiesel, sumber energi pengganti solar. Setelah melalui proses pemerahan akan dihasilkan bungkil perahan yang kemudian diekstraksi. Hasil ekstraksi inti biji berupa bungkil sebagai bahan dasar pembuatan biogas, serta ekstoksifikasi yang hasil akhirnya berupa pakan ternak.
b. Biogas dari limbah industri tahu
Limbah tahu dapat dimanfaatkan sebagai bahan biogas untuk proses pembuatan tahu, yaitu dengan cara mengayak ampas tahu dan pisahkan dari cetakannya, kemudian air limbahnya dimasukkan kedalam bak penampungan untuk dialirkan masuk kedalam digester.
c. Biogas dari limbah kelapa sawit
Gas metan yang merupakan komponen utama biogas dihasilkan dari perombakan anaerobik senyawa-senyawa organik, seperti limbah cair kelapa sawit. Secara alami gas ini dihasilkan pada kolam-kolam pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit. Limbah cair yang ditampung didalam kolam-kolam terbuka akan melepaskan gas metana (CH4) dan karbondioksida (CO2)
2.3 Teknologi Fermentasi Anaerobik.
Proses fermentasi mengacu pada berbagai reaksi yang terjadi diantara bakteri metanogen dan non metanogen serta bahan yang diumpankan kedalam digester sebagai input. Ini merupakan proses fhisiokimia yang kompleks dan proses biologis yang melibatkan berbagai faktor dan tahapan bentuk. Proses fermentasi anaerobik bahan organik dicapai dalam 3 tahapan, yaitu (a) hidrolosis, (b) acidification, (c) methanization. (Wahyuni,2013)
9
Gambar 2. Tahapan pembuatan biogas (Wahyuni, 2013)
Persamaan kimia diatas menunjukkan bahwa banyak produk hasil samping dan produk antara yang dihasilkan pada proses pembentukan biogas dalam kondisi anaerobik sebelum produk akhir (metana) produksi.
2.4 Bakteri Metanogenik
Bakteri merupakan kelompok mikroorganisme terpenting dalam sistem penanganan air limbah, karena beberapa jenis bakteri bersifat patogenik (menyebabkan penyakit) dan karena kultur bakteri dapat digunakan untuk menghilangkan bahan organik dan mineral-mineral yang tidak diinginkan dari air limbah. (Betty dan Winiati,1990)
Bakteri metanogenik atau metanogen adalah bakteri yang terdapat pada bahan-bahan organik dan menghasilkan metan serta gas-gas lainnya dengan proses keseluruhan rantai hidupnya dalam keadaan anaerobik. Sebagai organisme- organisme hidup, ada kecenderungan untuk menyukai kondisi tertentu dan peka pada iklim mikro dalam digester. (Wahyuni, 2013)
Selulosa
Metan + CO2
Glukosa
Asam lemak dan alkohol
1. hidrolisis (C6H10O5)n + nH2O n(C6H12O6) selulosa
4H2+ CO2 2H2O + CH4
CH3CH2OH + CO2 CH3COOH + CH4
CH3COOH + CO2
CO2+ CH4
CH3CH2CH2COOH + 2H2+ CO2
CH3COOH + CH4
2. pengasaman
3. metanogenik
(C6H12O6)n + nH2O CH3CHOHCOOH Glukosa
CH3CH2CH2COOH + CO2 + H2
CH3CH2OH + CO2
10
Famili metanogen (bakteri metan) digolongkan menjadi 4 genus berdasarkan perbedaan sitologi. Bakteri berbentuk batang (a) tidak berspora methanobacterium (b) berspora, metanobacillus. Bakteri berbentuk lonnjong, yaitu (a) sarcine, methanosarcina (b) tidak termasuk group sarcinal, methanococcus. Bakteri metanogenik berkembang lambat dan sensitif terhadap perubahan mendadak pada kondisi-kondisi fisik dan kimiawi. (Betty dan Winiati,1990)
Kekhususan dari bakteri genus methano adalah kemampuan penggunaan substrat yang sangat spesifik atau yang dinamakan substrate spesific . Sebagai contoh adalah bakteri metanobacterium formicicum yang hanya mampu menggunakan hidrogen, CO2 dan asam formiat sebagai substratnya.
2.5 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Proses Anaerobik
Proses anaerobik pada hakikatnya adalah proses yang terjadi karena aktifitas mikroba dilakukan pada saat tidak terdapat oksigen bebas. Analognya, proses ini meniru mekanisme proses yang terjadi pada perut binatang yaitu proses pencernaan secara anaerobik. Produk akhir proses fermentasi ini adalah gas metana. (Betty dan Winiati,1990)
Pada sistem produksi asam atau metana biasanya keduanya berlagsung secara simultan. Hal ini menyebabkan sel yang terbentuk selama proses sulit untuk dipisahkan dari substratnya.
Faktor yang harus diperhatikan pada proses anaerobik ini antara lain : a. Nilai pH
Produksi biogas secara optimum dicapai bila nilai pH dari campuran input di dalam digester berada pada kisaran 6-7. Pengaruh dari perubahan pH terhadap sistem adalah sangat besar, oleh sebab itu perubahan pH yang terjadi harus selalu dimonitor. Hal ini disebabkan karena pada sistem anaerobik, asam organik sudah akan terbentuk pada tahap pertama fermentasi. Pengaturan pH biasanya dilakukan dengan penambahan basa atau kapur, bahan-bahan kimia yang bersifat basa yang biasa ditambahkan adalah NaOH, NaHCO3, Na2CO3 ataupun Ca(OH)2. (Betty dan Winiati,1990)
11
b. Suhu
Bakteri metanogen dalam keadaan tidak aktif pada kondisi suhu ekstrim tinggi maupun rendah. Suhu optimum yaitu 350C. Ketika suhu udara turun sampai 100C produksi gas menjadi terhenti.
c. Laju pengumpanan
Laju pengumpanan adalah jumlah bahan yang dimasukkan kedalam digester per unit kapasitas per hari. Pada umumnya 6 kg limbah per m3 volume digester adalah direkomendasikan pada suatu jaringan pengolahan limbah. Apabila terjadi pemasukan bahan yang berlebihan, akan terjadi akumulasi asam dan produksi metana akan terganggu. Sebaliknya, bila pengumpanan kurang dari kapasitas digester, produksi gas juga menjadi rendah.
d. Waktu tinggal dalam digester
Waktu tingga dalam digester adalah rata-rata priode waktu saat input masih berada dalam digester dan proses fermentasi oleh bakteri metanogen. Waktu tinggal tergantung suhu. Diatas suhu 350C atau lebih tinggi, maka waktu tinggal semakin singkat.
e. Toxicity
Ion mineral, logam, dan deterjen adalah beberapa material racun yang mempengaruhi pertumbuhan normal bakteri patogen didalam digester. Ion mineral dalam jumlah kecil juga merangsang pertumbuhan bakteri. Namun, bila ion-ion ini dalam konsentrasi yang tinggi akan berakibat meracuni.
f. Sludge
Sludge adalah limbah keluaran berupa lumpur dari lubang pengeluaran digester setelah mengalami proses fermentasi oleh bakteri metana dalam kondisi anaerobik.(Wahyuni, 2013)
2.6 Reaktor Biogas
Untuk memproduksi biogas, diperlukan reaktor/ digester. Digester berperan dalam mengurangi emisi gas metana (CH4) yang dihasilkan pada dekomposisi bahan organik yang diproduksi dari sektor pertanian dan peternakan. (Wahyuni, 2013). Gas metana merupakan termasuk gas yang menimbulkan efek rumah kaca yang menyebabkan terjadinya fenomena pemanasan global karena gas metana
12
memiliki dampak 21 kali lebih tinggi dibandingkan dengan gas karbondioksida (Betty dan Winiati,1990).
Reakor biogas diindonesia sudah dikembangkan di berbagai daerah.
Menurut Wahyuni, 2013 terdapat empat tipe digester yang dikembangkan yaitu : 1. Tipe kubah (fixed dome) terbuat dari pasangan batu kali atau batu
bata/beton.
Reaktor kubah tetap (fixed-dome) disebut juga sebagai reaktor cina.
Dinamakan demikian karena reaktor ini dibuat pertama kali dicina sekitar tahun 1930-an. Kemudian sejak saat itu reaktor ini berkembang dengan berbagai model.
(Wahyuni, 2013)
Keuntungan dari reaktor ini adalah biaya kontruksi lebih murah dari pada menggunakan reaktor terapung karena tidak memiliki bagian yang bergerak menggunakan besi yang tentunya harganya realatif lebih mahal dan perawatannya lebih mudah. Sementara itu kekurangan dari reaktor ini adalah mudah retak apabila terjadi gempa bumi.
2. Tipe silinder (floating drum) terbuat dari tongdrum/plastik
Reaktor jenis terapung pertama kali dikembangkan diindia pada tahun 1937 sehingga dinamakan reaktor india. Memili digester yang sama dengan reaktor kubah, perbedaannya terletak pada bagian penampung gas menggunakan peralatan bergerak dari drum. Drum ini dapat bergerak naik turun yang berfungsi menyimpan gas hasil fermentasi dala digester. (Wahyuni,2013)
Keuntungan dari reaktor ini adalah dapat dilihat secara langsung volume gas yang tersimpan pada drum karena pergerakannya sementara, kekurangannya adalah biaya material kontruksi dari drum lebih mahal.
3. Tipe balon terbuat dari plastik.
Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga. Reaktor ini menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas.
Reaktor ini terdiri atas satu bagian yang berfungsi sebagai digester sekaligus menyimpan gas yang masing-masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat
13
4. Tipe fiberglass terbuat dari bahan fiberglass.
Reaktor bahan fiberglass merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada sekala rumah tangga dan skala industri. Reaktor ini menggunakan bahan fibreglass sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas.
Reaktor ini terdiri atas satu bagian yang berfungsi sebagai digester sekaligus menyimpan gas yang masing-masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat.
14
III. METODOLOGI
3.1 Waktu dan Tempat penelitian.
Penelitian ini dimulai pada tanggal 02 februari 02 mei 2015 diPT.
Suryaraya lestari I, Desa kumasari, Kecamatan Sarudu, Kabupaten Pasangkayu, Sulawesi barat.
3.2 Metode penelitian
Metode yang digunakan dalam penyusunan penelitian ini didasarkan dengan penelitian-penelitian sebelumnya dan membandingkan dengan keadaan perusahan PT. Suryaraya lestari I
Data yang diambil terdiri dari data primer yaitu pengamatan langsung dilokasi perusahaan dan wawancara langsung dengan pihak perusahaan PT.
Suryaraya lestari I. Data sekunder diperoleh dari pencatatan data-data yang ada di perusahaan PT. Suryaraya lestari I, buku-buku dan referensi lain yang turut menunjang penelitian
3.3 Metode Analisis Penelitian
Pada saat penelitian, dilakukan analisa untuk mengetahui kandungan masing-masing parameter tersebut di atas. Dengan mengacu pada metode APHA (1998), analisa tersebut meliputi :
3.3.1 Pengukuran pH
Sampel limbah cair pabrik minyak kelapa sawit ditentukan nilai pH dengan menggunakan pH meter.
3.3.2 Volatile Fatty Acid (VFA)
Bahan-bahan : Larutan H2SO4 15 %, larutan NaOH 0,1 N dan Indikator PP (0,1 dalam etanol 70%)
Alat-alat yang digunakan : Alat destilasi yang dilengkapi dengan kondensor, buret, centrifuge dan Erlenmeyer.
15
Prosedur kerja :
Sampel diambil sebanyak 5 ml kemudian ditambahkan 1 ml larutan H2SO4 15% lalu disentrifuse selama 10 menit. Sebanyak 2 ml supernatan dimasukkan ke dalam tabung destilasi, kemudian dilakukan destilasi, hasil destilasi ditampung di Erlenmeyer hingga mencapai volume 100 ml. Lalu ditambahkan indikator PP (phenolphthalein) beberapa tetes, kemudian titrasi dengan menggunakan larutan NaOH 0,1 N sampai terjadi perubahan warna. Perhitungan VFA (mg/l) = ml NaOH x Nx 6/2 x 100/5.
3.3.3 Chemical Oxygen Demand (COD)
Bahan-bahan :Amonium ferro sulfat 0,1 N, Amonium Ferro II Sulfat 0,25N, K2Cr2O7 0,25N, asam sulfat, dan indicator ferroin.
Alat-alat yang digunakan : Alat destilasi, kondensor dan Erlenmeyer.
Prosedur kerja :
Sampel diambil sebanyak 20 ml dimasukkan ke dalam labu didih 300 ml, ditambahkan 10 ml K2Cr2O7 0,25 N; 0,4 gr H2SO4; 40 ml asam sulfat yang mengandung silver sulfat dan batu didih. Selanjutnya dipanaskan dan dididihkan selama 10 menit dengan menggunakan deflux menggunakan kondensor.
Kemudian didinginkan dan dicuci dengan menggunakan 50 ml air suling.
Dinginkan, kemudian ditambahkan 2 tetes indikator ferroin dan dititrasi dengan ammonium ferro sulfat 0,25 N sehingga terjadi perubahan warna dari biru kehijauan menjadi merah kecoklatan. Kemudian dicatat volume yang digunakan.
Indikasikan sebagai B. Dengan melakukan prosedur yang sama, titrasi dilakukan juga terhadap blanko air suling sebanyak 20 ml dengan menggunakan 0,25 amonium ferro sulfat indikasikan sebagai A.
Perhitungan : COD (mg C2
Dimana: A = ml titrasi blanko B = ml titrasi sampel M = molaritas (0,25)
8000 = milliequivalent berat oksigen x 1000 ml/L
16
3.3.4 Biologycal Oxygen Demand (BOD)
Bahan-bahan : Buffer fosfat, MgSO4, CaCl2, dan feCl3
Alat-alat yang digunakan : Botol BOD dan incubator Prosedur kerja :
Sampel diambil sebanyak 1 atau 2 liter, apabila sampel terlalu tinggi tingkat kepadatannya, maka dilakukan pengenceran dengan menggunakan aquades.
Kemudian ditingkatkan kadar air sampel dengan aerasi menggunakan oksigen baterai selama 5 menit. Setelah itu sampel dipindahkan ke botol BOD gelap dan terang sampai penuh. Sampel pada botol terang dianalisa kadar oksigen terlarutnya. Indikasikan sebagai (DO2). Sedangkan botol BOD gelap yang berisi sampel kemudian didalamnya ditambahkan masing-masing 3 tetes buffer fosfat, Mg O4,CaCl2dan FeCl3 kemudian diinkubasi pada suhu 20oC selama 5 hari.
Setelah 5 hari dilakukan pengukuran kadar oksigen terlarutnya. Diindikasikan sebagai (DO5)
Perhitungan:
.
.
3.3.5. Total Suspended Solid (TSS)
Alat-alat yang digunakan : Desikator yang berisi silika gel; oven, untuk pengoperasian pada suhu 103ºC sampai dengan 105ºC; timbangan analitik dengan ketelitian 0,1 mg; pengaduk magnetik; pipet; gelas ukur; cawan aluminium;
cawan porselen/cawan Gooch; penjepit; kaca arloji; dan pompa vacum.
Prosedur kerja :
Penyaringan diakukan dengan peralatan vakum. Saringan dibasahi dengan sedikit air suling. Aduk contoh uji dengan pengaduk magnetik untuk memperoleh contoh uji yang lebih homogen. Pipet contoh uji dengan volume tertentu, pada waktu contoh diaduk dengan pengaduk magnetik Cuci kertas saring atau saringan dengan 3 x 10 mL air suling, dibiarkan kering sempurna, dan dilanjutkan penyaringan dengan vakum selama 3 menit agar diperoleh penyaringan sempurna.
Kemudian contoh uji dengan padatan terlarut yang tinggi memerlukan pencucian tambahan. Kertas saring dipindahkan secara hati-hati dari peralatan penyaring dan dipindahkan ke wadah timbang aluminium sebagai penyangga. Jika digunakan
17
cawan Gooch cawan dipindahkan dari rangkaian alatnya. Kemudian dikeringkan dalam oven setidaknya selama 1 jam pada suhu 103ºC sampai dengan 105ºC, didinginkan dalam desikator untuk menyeimbangkan suhu dan timbang.
Tahapan pengeringan diulang, pendinginan dalam desikator, dan lakukan penimbangan sampai diperoleh berat konstan atau sampai perubahan berat lebih kecil dari 4% terhadap penimbangan sebelumnya atau lebih kecil dari 0,5 mg.
Perhitungan :
.
Dimana A = berat sampel setelah di timbang + berat cawan (mg) B = berat cawan tanpa sampel (mg)
3.3.6 Penetapan Total Nitrogen Sebagai N-NH3
Bahan-bahan : Magnesium sulfat, Asam Borat, Magnesium Oksida, Indikator metyl merah, Larutan H2SO4 0.01 N, Indikator Bromokresol hijau.
Alat-alat yang digunakan : Neraca analitik 0.0001gr, Micro Buret 50 ml, Labu destilasi dan kondensor, Erlenmeyer 300 ml, pipet 5 ml, pipet volum.
Prosedur kerja : a. Proses Destilasi
Pipet 50 ml sample dengan pipet volum ke dalam labu destilasi alas datar Tambahkan 300 ml aquadest. dan tambahkan 0.25 gr MgO Pasang pada rangkaian destilasi
b. Hasil Destilasi
Masukkan 20 ml asam Borat 2 % dalam erlenmeyer. Tambahkan 3 tetes indikator campuran Pasang pada rangkaian destilasi Lakukan Destilasi, hingga destilat mencapai 150 ml maka volume dalam erlenmeyer menjadi 170 ml.
Destilat dititrasi dengan H2SO4 0.01 N yang telah distandarisasi sampai warna berubah dari hijau menjadi merah kekuningan. Lakukan hal yang sama untuk analisa blanko.
Perhitungan
(Vb - Vs) x N x 14 x 1000 N-NH3 = ---
50 ml
18
dimana :Vs = Volume H2SO4 yang terpakai untuk titrasi blanko Vb = Volume H2SO4 yang terpakai untuk titrasi sample N = Normalitas H2SO4
50 = Volume sample 14 = Berat atom Nitrogen
3.4 Pelaksanaan percobaan.
3.4.2 Karakterisasi LCPMKS
Tujuan penelitian mengetahui karakterisasi LCPMKS diPT. Suryaraya lestari I. Diukur beberapa sifat kimia dan fisika diantara lain : pH, BOD (kebutuhan oksigen), padatan total (TS), padatan tersuspensi (SS), VFA (Volatile Fatty Acid), dan alkalinity.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah, limbah cair industri minyak kelapa sawit yang diambil langsung dari PT. Suryaraya lestari I Desa kumasari, Kecamatan Sarudu, Kabupaten Pasangkayu, Sulawesi barat.
3.4.3 Rancangan massa biogas
Perhitungan neraca massa produksi biogas dihitung berdasarkan total TBS Produksi dengan total LCPMKS yang dihasilkan dan didasarkan pada penelitian sebelumnya.
3.4.4 Spesifikasi rancangan reaktor
Rancangan kolam anaerobik (bioreaktor) merupakan jenis reaktor kubah tetap (fixed-dome).yang terbuat menggunakan batu, batu bata atau beton yang diberi agitator dan pipa saluran menuju pembangkit untuk mengalirka biogas dan kolam diisi sesuai rancangan reaktor.
3.4.5 Analisis kelayakan tekno-ekonomi
Analisa finansial teknno-ekonomi reaktor dianalisis dengan rumus NPV, IRR, dan BC ratio (kadarsan 1995). Dihitung berdasarkan modal yang digunakan dengan produksi biogas yang diperoleh, diekivalenkan terhadap harga BBM industri.
