Model Pengolahan Limbah Cair dengan Pendekatan
Sistem Dinamis dalam Upaya Produksi Bersih
pada Pabrik Kelapa Sawit Berkelanjutan
Oleh :
ABDUL JABBAR M. RAMBE
058106008
Program Doktor Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCA SARJANA
PENGESAHAN
Judul Penelitian : Model Pengolahan Limbah Cair dengan Pendekatan Sistem Dinamik dalam Upaya Produksi Bersih pada Pabrik Kelapa Sawit Berkelanjutan.
Nama : Abdul Jabbar M. Rambe
Nomor Pokok : 058106008
Program Studi : Doktor (S3) Pengelolaan Sumberdaya Alam dan
Lingkungan
Ujian Tertutup : 19 Januari 2012
Menyetujui,
Promotor
Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang, MSIE
Co-Promotor Co-Promotor
Prof. Dr. Ir. Sumono, M.S Dr. Ir. Luqman Erningpraja, M.S
Ketua Program Studi S3 PSL Direktur SPs USU
Telah Diuji pada
Tanggal : 19 Januari 2012 .
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr.Ir. A. Rahim Matondang, M.S.I.E.
Anggota : 1. Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.S.
2. Prof. Dr. Ir. Sumono. M.S.
3. Dr. Ir. Luqman Erningpraja, M.S. 4. Dr. Ir. Hidayati, M.Si.
PERNYATAAN
Judul Disertasi
‘‘MODEL PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DENGAN
PENDEKATAN
SISTEM DINAMIS DALAM UPAYA PRODUKSI BERSIH
PADA PABRIK KELAPA SAWIT BERKELANJUTAN’’
Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam disertasi ini disusun sebagai
syarat untuk memperoleh gelar Doktor Sumber Daya Alam dan Lingkungan pada
program studi Pengelolaan Sumber Daya Alam dan Lingkungan Sekolah Pascasarjana
Universitas Sumatera Utara adalah benar merupakan karya penulis sendiri.
Adapun pengutipan-pengutipan yang penulis lakukan pada bagian-bagian
tertentu dari hasil karya orang lain dalam penulisan disertasi ini, telah penulis
cantumkan sumbernya secara jelas sesuai dengan norma, kaidah, dan etika penulisan
ilmiah.
Apabila di kemudian hari ternyata ditemukan seluruh atau sebagian disertasi ini
bukan hasil karya penulis sendiri atau adanya plagiat dalam bagian-bagian tertentu,
penulis bersedia menerima sanksi pencabutan gelar akademik yang penulis sandang
dan sanksi-sanksi lainnya sesuai dengan peraturan perundangan yang berlaku.
Medan, Februari 2012
Abdul Jabbar
ABSTRACT
The sustainability processing strategy of crude palm oil industry is a supply chain approach based on clean technology and housekeeping were the main factor to be considered are biophysical aspect(earth), economy(profit and welfare), and social (human and environment).
The purpose of this research is to get an integrated production process model with clean technology by using crude palm oil liquid waste become a biomass, in other to get Environmental Sustainability of The Crude Palm Oil Industry in North Sumatera through Enhancement of Industrial Ecosystems.
This research is focused in material balance, losses, and output of the production process. The research in material balance is raw material (fruit incoming) which influence the rendemen and in losses is the production process which influence by the energy, and the output from production process such as solid waste, liquid waste, and gas.
The object of the research is PT. PP London Sumatera Indonesia Tbk, Sei Begerpang plantation, Galang sub-district; PTPN III a Rambutan Plantation Tebing Tinggi sub-district and some others PTPN in Sumatera observed from January 2009 until May 2010.
The collected data is primary and secondary data. The primary data is direct observation of the plant and the secondary data is based on structural interview from the plan management, articles, documents related to palm oil and web-based information.
Data processing methodology is done by testing the data related to number of data and its normality, and testing the factors which influenced the production process by factorial experimental design to determine clean technology of the plant by using ISO: 14000 and doing simulation by using Powersim 2005. The simulation result shows there is a significant relation among fruit incoming manufacturing process palm oil product, kernel, solid waste, liquid waste, and biomass by using two variable test with r = 0.965. While from liquid waste the biomass is found increasing each year therefore the resulted energy increase by 10%. If the condition is adopted programmed with total quality management there is a correlation between factors in resulted biomass as much as 0,318 meaning the influence between the factors has a very small influence. In reality from one ton of coconut palm fruit produce 26,7 KWh if liquid waste is processed to be electrical energy while electrical energy used in the plant for each tonnage of production need 15-17 KWh. The implementation of the program can reduce gas emission of the plant as much as 28388 tonnage CO2 each year. The gas emission guaranteed
the existing environmental conservation (Industrial Park)
Key word: Clean technology, Crude Palm Oil Industry, Industrial Ecosystem,
ABSTRAK
Model Pengolahan Limbah Cair Industri Kelapa Sawit secara berkelanjutan merupakan sistem pendekatan rantai pasok (Supply Chain) yang berbasis pada produksi dengan teknologi bersih (Clean Technology) dan ketatalaksanaan pabrik (House Keeping), dimana faktor utama yang perlu diperhatikan adalah aspek biophisik (planet bumi), ekonomi (profit, kesejahteraan) dan sosial (manusia dan lingkungan).
Penelitian ini bertujuan untuk mencapai model keterpaduan proses produksi dengan teknologi bersih dengan pemanfaatan limbah cair pabrik kelapa sawit menjadi biomass, sehingga tercapai industri kelapa sawit di Sumatera Utara yang berkelanjutan dengan meningkatnya ekosistem industri secara lestari (Enviromental Suistainability of the Crude Palm Oil Industry in North Sumatera through Enhancement of Industrial Ecosystems).
Data yang dikumpulkan berupa data primer dan sekunder dari pabrik. Data primer berupa observasi langsung ke pabrik sedangkan data sekunder berupa hasil wawancara terstruktur dari pihak manajemen pabrik, sumber artikel ilmiah, dokumen asosiasi kelapa sawit dan web-based information.
Metodologi pengolahan data dilakukan adalah melakukan pengujian data yang menyangkut kecukupan dan normalitas data, pengujian faktor-faktor yang berpengaruh terhadap proses produksi dengan design experimental factorial, menentukan clean technology pada pabrik kelapa sawit dengan penilaian ISO 14000 dan melakukan simulasi dengan bantuan software Powersim 2005. Hasil simulasi yang dilakukan dengan bantuan SoftwarePowersim 2005 menunjukkan suatu hubungan yang significantly antara kedatangan buah, proses manufacturing
dan produk minyak sawit, inti sawit dan limbah padat, cair dan biomass yang menggunakan uji 2 variabel dengan R= 0,965. Sedangkan dari limbah cair akan diperoleh biomassa yang meningkat setiap tahunnya sehingga energi yang dihasilkan juga meningkat 10%. Jika setiap tahunnya dimanfaatkan secara terprogram dengan sistem Total Quality Management (TQM), dapat terlihat korelasi antar faktor penghasil biomassa menghasilkan angka 0,138, artinya pengaruh antar faktor yang mempengaruhi volume biomassa tidak begitu berpengaruh. Kenyataan dari satu ton TBS menghasilkan 26,7 KWh jika limbah cair diproses menjadi energi listrik. Sedangkan pemakaian arus listrik di pabrik kelapa sawit setiap ton produksi TBS membutuhkan 15 sampai 17 KWh. Program yang dilakukan dapat mereduksi emisi gas pada pabrik kelapa sawit sebesar 28388 ton CO2e/tahun.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis sampaikan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan
disertasi ini.
Pengembangan agroindustri berbasis teknologi dimaksudkan untuk
mewujudkan agroindustri yang memiliki daya saing secara berkesinambungan.
Kesinambungan daya saing tersebut ditempuh melalui peningkatan efisiensi
proses produksi, peningkatan kualitas produk, serta menciptakan produk baru. Hal
demikian dapat dicapai melalui pengembangan dan pemanfaatan teknologi
Disertasi ini berjudul “Model Pengolahan Limbah Cair dengan Pendekatan
Sistem Dinamis dalam Upaya Produksi Bersih pada Pabrik Kelapa Sawit
Berkelanjutan“ menghasilkan model produksi bersih, aliran material dan energy
balance dengan cleaner production, pengukuran emisi biogas, dan kajian limbah
cair pabrik untuk produksi biogas layak.
Penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Prof. Dr. dr. Syahril
Pasaribu, DTM&H, MSc(CTM), Sp. A(K), selaku Rektor Universitas Sumatera
Utara dan Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.S, selaku Ketua Program Studi
Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan Universitas Sumatera Utara.
Penulis sangat berterimakasih kepada Prof. Dr. Ir. A. Rahim Matondang,
MSIE, selaku Promotor Utama yang telah membimbing penulis sehingga
penulisan disertasi ini dapat diselesaikan. Bimbingan dari Prof. Dr. Ir. A. Rahim
Matondang, MSIE dirasakan sangat penting kepada penulis dalam memberikan
Terima kasih penulis kepada Prof. Dr. Ir. Sumono, MS, serta Dr. Ir.
Luqman Erningpraja, MS selaku Co-Promotor yang telah memberikan ilmunya
dan saran-saran dalam penulisan ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Ir. Zulkifli Nasution,
M.Sc, Ph.D, Prof. Dr. Alvi Syahrin, SH, M.S, Prof. Dr. Retno Widhiastuti, M.S,
dan Dr. Ir. Wan Hidayati, M.Si selaku penguji yang telah memberikan masukan
dan bimbingan dalam penyelesaian penulisan ini.
Terimakasih tak terhingga kepada Prof. Dr. Ir. Sukaria Sinulingga, M.Eng,
Dr. Ir. Nazaruddin, MT, dan Dr. Ir. Harmein Nasution, MSIE serta seluruh staf
pengajar di jurusan Teknik Industri yang telah bersedia memberikan bantuan baik
pemikiran maupun memberikan dukungan kepada penulis
Setiap aktivitas tak mungkin terselesaikan tanpa dukungan dan bantuan
orang lain. Disertasi ini dipersembahkan kepada orangtua tercinta, istri, Ir. Hj.
Muthia Bintang, anak-anak dr. Zulfikri Rambe & Meidi Susanti, SH; Fauziah Ivo
Rambe, SP & Devario Ibnu Rusd, ST; Yunita Syafitri Rambe, ST & Rahmad
Hidayat, ST; Ade Riza Rahma Rambe, S.Psi dan cucu-cucu tercinta Fina Nafisah
Siregar, Raihan Hafiz Rambe, Fayza Amirah Siregar, Muhammad Rakha Azka
Hidayat, Naila Hafiza Rambe atas cinta kasih serta doa terhadap pembelajaran
sampai akhir hayat sehingga penulis memiliki semangat dan motivasi untuk
menyelesaikan program Doktor di Universitas Sumatera Utara.
Selain itu ucapan terima kasih kepada Laboratorium Pengukuran dan
Statistik Departemen Teknik Industri yang telah banyak membantu dalam proses
Semoga Allah SWT memberikan rahmat dan karuniaNya, sehinga ilmu
yang diperoleh dapat dikembangkan dan diterapkan kepada bangsa dan Negara.
Medan, Februari 2012
DAFTAR ISI
2.2. Penomena Industri Perkebunan Kelapa Sawit ... 17
2.2.1. Karakteristik Tandan Buah Segar ... 18
2.2.2. Tanaman Kelapa Sawit ... 19
2.2.3. Pemanenan dan Transportasi Panen ... 21
2.2.4. Penerimaan Buah dan Sortasi ... 22
2.2.5. Uraian Proses Produksi ... 22
2.3. Pengertian Produksi Bersih ... 25
2.4. Tingkatan Produksi Bersih ... 29
2.5. Tindakan Produksi Bersih ... 39
2.6. Langkah-langkah Penerapan Produksi Bersih ... 39
2.7. Potensi Penerapan Produksi Bersih dalam Industri Kelapa Sawit ... 39
2.8. Pengelolaan Limbah Pabrik Kelapa Sawit ... 41
2.9. Jenis dan Potensi Kelapa Sawit ... 42
2.10. Karakteristik Limbah Kelapa Sawit ... 43
2.11. Pengolahan Limbah Cair ... 44
2.12. Proses Biologis Anerobik - Fakultatif ... 47
2.14. Rancang Bangun Industrial Ecology (Industrial Metabolism) ... 52
4.1. Model Pengolahan Limbah Cair yang Dijadikan Energi Terbarukan... 73
4.2. Subsistem Kedatangan Buah, Subsistem Pengolahan Tandan Buah Segar menjadi Minyak dan Inti, Subsistem Pengolahan Limbah ... 77
4.3. Keadaan di Kebun Begerpang PT. London Sumatera (Pengusaha PMA) ... 82
4.4. Keadaan Kebun Rambutan PTPN III ... 102
4.5. Penerapan Model ... 120
4.5.1. Model Distribusi Kedatangan Buah ... 120
4.5.2. Model Manufaktur ... 127
4.5.3. Model Pengolahan Limbah Cair ... 130
4.6. Model Simulasi Bulanan dan Tahunan pada Pabrik Pengolahan Kelapa Sawit ... 142
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 145
5.1. Kesimpulan ... 145
5.2. Saran ... 147
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Karakteristik Tipe Kelapa Sawit Dura, Tenera dan Pisifera ... 19
Tabel 2. Jenis, Potensi dan Pemanfaatan Limbah Pabrik Kelapa Sawit ... 42
Tabel 3. Komposisi Jumlah Air Limbahdari 1 ton Crude Palm Oil ... 43
Tabel 4. Kualitas Limbah Cair (Inlet) Pabrik Kelapa Sawit PKS ... 43
Tabel 5. Penaksiran Parameter Biogas LCPMKS... 45
Tabel 6. Karakteristik Emisi Biogas dari Pabrik Kelapa Sawit ... 45
Tabel 7. Baku Mutu Limbah Industri Minyak Sawit ... 46
Tabel 8. Kisaran Komponen Kimia Limbah Cair PKS Hasil Pengolahan ... 47
Tabel 9. Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit (POME)... 48
Tabel 10. Karakteristik Metana (CH4) dan Karbondioksida (CO2) ... 49
Tabel 11. Input Data ... 62
Tabel 12. Perincian Data Peubah dan Output Data... 68
Tabel 13. Kadar Minyak dalam Ampas, Kehilangan Minyak per TBS serta Effisiensi Pengutipan Minyak Sawit Kebun Bagerpang PT. London Sumatera ... 84
Tabel 14. Rendamen Minyak dan Inti Terhadap Tandan Buah Segar (%) .... 86
Tabel 15. Faktor-faktor yang Berpengaruh Terhadap Perolehan Rendamen Crude Palm Oil (CPO) pada rebusan (Sterilizer) ... 92
Tabel 16. Data Pengaruh Tekanan Back Pressure Vessel (BPV), Peak, dan Waktu Perebusan Terhadap Perolehan Rendamen Crude Palm Oil (CPO) ... 92
Tabel 17. Daftar ANAVA Hasil Pengolahan Data ... 93
Tabel 18. Urutan Kehilangan Massa Kelapa Sawit yang Berpotensial Menghasilkan Minyak pada Pabrik Kelapa Sawit (Basis 300 Ton/Hari)... 95
Tabel 19. Data POME PMKS Kebun Bagerpang PT London Sumatera ... 99
Tabel 20. Hasil Pengolahan Biogas dari Pabrik Kelapa Sawit PT. Lonsum Kebun Bagerpang ... 100
Tabel 21. Kadar Minyak dalam Ampas, Kehilangan Minyak per TBS serta Effisiensi Pengutipan Minyak Sawit PTPN III Kebun Rambutan . 104 Tabel 22. Rendamen Minyak dan Inti Terhadap Tandan Buah Segar ... 107
Tabel 23. Faktor-faktor yang Berpengaruh Terhadap Perolehan Rendamen Crude Palm Oil (CPO) pada rebusan (sterilizer) ... 111
Tabel 24. Data Pengaruh Tekanan Back Pressure Vessel (BPV), Peak, dan Waktu Perebusan Terhadap Perolehan Rendamen Crude Palm Oil (CPO) ... 111
Tabel 26. Urutan Kehilangan Minyak (Losses) pada Pabrik Kelapa Sawit ... 113 Tabel 27. Data POME PMKS PT PTPN III KEBUN RAMBUTAN ... 117 Tabel 28. Hasil Pengolahan Biogas dari Pabrik Kelapa Sawit PTP. III
Kebun Rambutan ... 118 Tabel 29. Presentasi Input dan Output Model Kedatangan Buah di PT
Lonsum Kebun Bagerpang Bulan Januari 2010 ... 122 Tabel 30. Presentasi Input dan Output Model Kedatangan Buah di PTPN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Diagram Input-Output dalam Pengelolaan Produksi Bersih (Cleaner Production) Pabrik Kelapa Sawit dan Pemanfaatan
Limbah Cair Menjadi Energi Terbarukan ... 8
Gambar 2. Kerangka Pemikiran ... 10
Gambar 3. Manfaat Penelitian ... 13
Gambar 4. Proses Pengolahan Kelapa Industri ... 22
Gambar 5. Diagram Alir Proses Pengolahan Kelapa Sawit ... 23
Gambar 6. Material Balance Pengolahan TBS ... 24
Gambar 7. Material Balance Limbah Cair ... 27
Gambar 8. Teknik Produksi Bersih ... 32
Gambar 9. Produksi Bersih ... 32
Gambar 10. Tata Kelola yang APIK dalam GHK ... 35
Gambar 11. Proses Pengolahan Limbah Kelapa Sawit... 41
Gambar 12. Kerangka Model Dinamik dalam Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit untuk Mendapatkan Biogas ... 59
Gambar 13. Kerangka Prosedur Penelitian ... 63
Gambar 14. Model Penelitian ... 72
Gambar 15. Main Model Pengolahan Pabrik Kelapa Sawit dari Sub Sistem Kedatangan Buah, Sub Sistem Manufaktur, dan Sub Sistem Pengolahan Limbah ... 74
Gambar 16. Material Flow Industri Kelapa Sawit ... 87
Gambar 17. Mass Balance Pabrik Kelapa Sawit PT. LONSUM ... 89
Gambar 18 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Perebusan ... 95
Gambar 19 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Pengempaan (Press) ... 96
Gambar 20 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Pemurnian ... 96
Gambar 21. Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Kernel ... 97
Gambar 22. Material Balance Pabrik Kelapa Sawit Kebun Rambutan tahun 2009 ... 108
Gambar 23 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Perebusan ... 114
Gambar 24 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Pengempaan (Press) ... 114
Gambar 25 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Pemurnian ... 115
Gambar 26 Peta Kontrol Kehilangan Minyak di Stasiun Kernel ... 115
Gambar 27 Main Model Distribusi Kedatangan Buah ... 120
Gambar 30 Keterangan Equationuntuk Main Model Manufacturing ... 131
Gambar 31 Model Proses Manufaktur Kebun Bagerpang PT Lonsum ... 128
Gambar 32 Model Proses Manufaktur Kebun Rambutan PTPN III ... 129
Gambar 33 Model Pengolahan Limbah Pabrik Kelapa Sawit... 130
Gambar 34 Grafik Hasil Pengolahan Limbah PKS untuk Input, Limbah Padat dan Limbah Cair Kebun Bagerpang PT Lonsum ... 136
Gambar 35 Grafik Hasil Pengolahan Limbah untuk Biogas dan Energi Listrik PKS Kebun Bagerpang PT Lonsum ... 137
Gambar 36 Grafik Hasil Pengolahan Limbah untuk Input, Limbah Padat, dan Limbah Cair PKS PTPN III Kebun Rambutan ... 138
Gambar 37 Grafik Hasil Pengholahan Limbah untuk Biogas dan Energi Listrik PKS PTPN III Kebun Rambutan ... 139
Gambar 38 Grafik Hasil Prediksi Pabrik Kelapa Sawit Selama 20 Tahun .... 141
Gambar 39 Model Pengoperasian Sistem Pengolahan Kelapa Sawit ... 142
Gambar 40 Simulasi Model Tahunan Kebun LONSUM ... 143
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Foto Pabrik Kelapa Sawit... 156
2. Listing Program (Equation Windows) ... 162
3. Data Lonsum ... 165
4. Data Kebun Rambutan ... 166
5. Main Model Pengolahan Pabrik Kelapa Sawit dari Sub Sistem Kedatangan Buah, Sub Sistem Manufaktur, dan Sub Sistem Pengolahan Limbah ... 168
6. Model Kedatangan Buah (Kebun Rambutan) ... 169
7. Model Manufakturing (Kebun Rambutan)... 170
8. Model Pengolahan Limbah (Kebun Rambutan) ... 171
9. Hasil Simulasi Kebun Rambutan Harian ... 172
10. Hasil Simulasi Kebun Rambutan Tahunan ... 173
11. Model Kedatangan Buah (Lonsum) ... 174
12. Model Manufakturing (Lonsum) ... 175
13. Model Pengolahan Limbah (Lonsum) ... 176
14. Hasil Simulasi Lonsum Harian ... 177
