PERANCANGAN DAN EVALUASI KINERJA REAKTOR
HIDROLISIS-ACIDOGENESIS
PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT
TESIS
OLEH
SITI MASRIANI RAMBE
107022003 / TK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PERANCANGAN DAN EVALUASI KINERJA REAKTOR
HIDROLISIS-ACIDOGENESIS PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
TESIS
Untuk memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Kimia Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
OLEH
SITI MASRIANI RAMBE 107022003 / TK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
RIWAYAT HIDUP
Nama : Siti Masriani Rambe
T/Tgl. Lahir : Rantau Prapat, 16 Mei 1978
Alamat : Jl. H.M. Yamin Gg. Klambir No. 10/57 Medan
Pendidikan
1. Tamatan SD Negeri 114380 Rantau Prapat Tahun 1984-1990
2. Tamatan SMP Negeri 1 Rantau Prapat Tahun 1990-1993
3. Tamatan MA Negeri 1 Rantau Prapat Tahun 1993-1996
4. Tamat Sarjana pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Kimia, Universitas Sumatera
Utara (USU) Medan Tahun 1996-2001
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Dr.Ir. Iriany. MSi
Anggota : 1. Dr. Eng. Ir. Irvan. MSi
2. Dr. Ir. Taslim, MSi
3. Prof. DR. Ir. Rosdanelly Hasibuan, MT
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan mengetahui unjuk kerja kondisi reaktor hidrolisis-asidogenesis. Dalam penelitian ini diharapkan tidak terjadi reaksi metanogenesis, melainkan reaksi hidrolisis-asidogenesis. Spesifikasi reaktor diperoleh panjang 44 cm, lebar 33 cm, tinggi reaktor 22 cm dengan standing baffle
dan hanging baffle reaktor sama yaitu 11 cm. Uji coba kinerja reaktor
hidrolisis-asidogenesis dapat dilakukan dengan memvariasikan HRT 18, 12 dan 6 hari, pengenceran konsentrasi limbah 1/2 kali dan 1/3 kali dan clearance baffle reactor (CBR) yaitu 3 cm dan 1,5 cm. Hasil penelitian menunjukkan pengaruh pengenceran konsentrasi 1/3 kali diperoleh laju dekomposisi COD 67% dan asam asetat diperoleh 1,185% sedangkan pengenceran konsentrasi 1/2 kali diperoleh 65% dan asam asetat yang terbentuk 1,190%. Variasi CBR yang diindikasikan dengan nilai TS dan kondisi optimal diperoleh pada HRT 18 hari dan ruang IV. Laju dekomposisi TS pada CBR 1,5 cm diperoleh 60,92% dan CBR 3 cm diperoleh 59,34%. Pada semua variasi pengenceran konsentrasi dan CBR tidak terbentuk biogas sehingga dapat digunakan sebagai reaktor penampung sekaligus pembentukan reaksi antara (asam-asam volatil).
Kata kunci: Biogas, Anaerobic Baffle Reactor,Hidrolisis-Asidogenesis, Limbah Cair
ABSTRACT
The Objectives of the research was to design and to find out the working method of the condition of hydrolysis-acidogenesis reactor. It is expected, in this research, that there would be no methanogenesis reaction but hydrolysis-acidogenesis reaction. The spesification of the reactor was 44 cm long, 33 cm wide, and 22 cm high with the same baffle and hanging baffle reactor of 1 cm. The random test of the performance of hydrolysis-acidogenesis reactor could be done by varying HRT of 18, 12, and 6 days; the dilution of waste concentration was 1/2 times and 1/3 times, and clearance baffle reactor (CBR) was 3 cm and 1.5 cm. The result of the research showed that the influence of concentration dilution of 1/3 times was docomposition acceleration of COD 67% and of acetat acid was 1.185%, while the concentration dilution of 1/2 times was 65% and the formed acetate acid was 1.190%. The variation of the indicated CBR with TS value and the optimal condition was at HRT of 18 days and space IV. Decomposition acceleration of TS and CBR dilution, biogas was not formed so that it could be used as container reactor and simultaneously as the formation of space-between reaction (volatile acids).
Keywords: Biogas, Anaerobic Baffle Reactor, Hydrolysis-Acydogenesis,
KATA PENGANTAR
Puji syukur disampaikan kepada-Nya, karena hanya Allah SWT yang sanggup
menyangga segala macam pujian yang ditujukan kepada-Nya. Teriring pula ucapan
Alhamdulillahi rabbil’alamin atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat
menyelesaikan tesis ini yang berjudul ” Parancangan dan Evaluasi Kinerja Reaktor Hidrolisis-Acidogenesis pada Pembuatan Biogas dari Limbah Cair
Pabrik Kelapa Sawit”.
Tesis ini disusun setelah melalui bimbingan dan konsultasi dengan dosen
pembimbing Dr. Ir. Iriany. M.Si dan Dr. Eng. Ir. Irvan. M.Si, sebagai salah satu
syarat untuk menyelesaikan studi di Program Magister Teknik Kimia Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Terima kasih dan penghargaan saya sampaikan kepada Bapak Dr. Ir. Taslim.
M.Si, sebagai Ketua Program Studi dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT sebagai
Dosen pembimbing lapangan dan seluruh staff pengajar dan pegawai administrasi
Magister Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Kedua Orang
tua, Suami, Anak-anak dan seluruh keluarga serta Pimpinan dan seluruh staff Balai
Riset dan Industri Medan dan teman-teman di Magister Teknik Kimia serta seluruh
pihak yang telah berjasa dalam kehidupan saya yang tidak dapat saya sebutkan satu
Allah SWT saya menghaturkan maaf dan terimakasih yang tak terhingga. Semoga
Allah SWT selalu melimpahkan rahmat, kasih sayang, rezki lahir bathin, ridho dan
berkahNya kepada kita semua sehingga tesis ini dapat diselesaikan yang akhirnya jadi
bermanfaat bagi pembaca Amin ya Robbal ‘Alamin.
Akhirnya penulis memohon saran kepada berbagai pihak yang membaca tesis
ini untuk dapat diperbaiki isinya pada masa yang akan datang, karena tulisan ini
membutuhkan banyak perbaikan untuk perkembangannya.
Medan, November 2013
Penulis,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK/ABSTRACT ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... ix
DAFTAR LAMPIRAN ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Perumusan Masalah ... 6
1.3. Tujuan Penelitian ... 6
1.4. Ruang Lingkup Penelitian ... 7
2.2. Hidrolisis ... 11
2.3. Asidogenesis ... 14
2.4. Acetogenesis ... 14
2.5 Metanogenesis ... 15
2.6 Karakteristik Bakteri yang Berperan dalam Tahap Produksi Biogas dari LCPKS ... 19
2.7 Anaerobic Baffle Reactor ... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Bahan Penelitian ... 24
3.2. Peralatan Penelitian ... 25
3.3. Perancangan dan Evaluasi Kinerja Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis ... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Perancangan Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis ... 30
4.2. Kinerja Reaktor pada Tahap Aklimatisasi ... 32
4.3. Evaluasi Kinerja Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis ... 34
Hidrolisis-Asidogenesis ... 34
4.3.2 Pengaruh Clearance Baffle Reactor (CBR) terhadap Kinerja Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis ... 42
4.4. Kinerja Reaktor dalam Pembentukan Biogas pada Reaktor Hidrolisis-Asidogenesis... 50
4.5. Kestabilan Nilai pH pada Reaktor ... 52
4.5.1. Kestabilan nilai pH pada Variasi Konsentrasi ... 52
4.5.2 .Kestabilan nilai pH pada Variasi CBR ... 54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 58
5.2. Saran ... 59
DAFTAR PUSTAKA ... 60
LAMPIRAN A : Perhitungan Bioreaktor ... LA-1
LAMPIRAN B : Prosedur Analisa Sampel ... LB-1
LAMPIRAN C : Hasil Uji Asam Asetat ... LC-1
DAFTAR GAMBAR
Nomor Halaman
1.1. Luas Lahan Pertanian Kelapa Sawit di Indonesia ... 1
1.2. Kapasitas Produksi Kelapa Sawit di Indonesia ... 2
2.1. Tahap Pembuatan Biogas ... 10
2.2. Mekanisme Reaksi pada Proses Asidogenesis dari Glukosa dalam Pembentukan Volatil ... 18
2.3. HRT dengan Faktor Pengurangan COD ... 21
2.4. Rasio Pengurangan COD dengan Pengurangan BOD ... 22
2.5. Pengurangan Volume Lumpur selama Waktu Penyimpanan... 23
3.1. Bioreaktor Anaerobic Baffle Reactor ... 26
3.2. Prosedur Perancangan Bioreaktor Anaerobic Baffle ... ... 27
3.3 Prosedur Aklimatisasi, Start-up LCPKS dan Variasi Penelitian ... 28
4.1. Rangkaian Peralatan Reaktor Hidrolilis-Asidogenesis ... 31
4.2. Perubahan TS, VS dan pH pada Proses Aklimatisasi ... 34
4.3. Perbandingan Konsentrasi COD pada Variasi HRT untuk Pengenceran Konsentrasi 1/2 kali dan 1/3 kali setiap Ruang Reaktor ... 36
4.4. Nilai COD Rata-rata pada tiap HRT dan Ruang Reaktor ... 37
4.6. Kromatogram Sampel dari Variasi Pengenceran 1/2 kali
HRT 18 hari, ruang III ... 42
4.7. Laju Dekomposisi TS pada variasi CBR 1,5 cm dan 3 cm
untuk Konsentrasi 1/2 kali ... 45
4.8.Laju Dekomposisi TS rata-rata pada Variasi CBR (1,5 cm dan 3 cm)
Untuk Konsentrasi 1/2 kali setiap Ruang dan HRT ... 47
4.9. Nilai pH pada variasi CBR dengan konsentrasi 1/2 kali ... 49
4.10. Distribusi Nilai pH pada Variasi Konsentrasi pada CBR 1,5 cm
dan ruang ... 54
4.11. Nilai pH rata-rata pada setiap HRT dan Variasi CBR
DAFTAR TABEL
Nomor Halaman
1.1 Data Desk Study ... 4
2.1. Sifat dan Komponen LCPKS ... 8
2.2. Komposisi Biogas Secara Umum ... 9
2.3. Penggolongan bakteri pada produksi biogas dari LCPKS ... 19
4.1. Karakteristik LCPKS Adolina milik PTPN IV ... ... 32
4.2. Laju Dekomposisi COD pada berbagai konsentrasi dan ruang IV ... 37
4.3. Konsentrasi Asam Asetat pada Variasi Pengenceran Konsentrasi pada CBR 1,5 cm ... 42
4.4. Konsentrasi Asam Asetat (asam volatil) pada Variasi CBR pada Pengenceran Konsentrasi ... 50
