PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN SKRIPSI
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN
LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI
TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG
DIHASILKAN
SKRIPSI Oleh SYERVY TANATA 090405021 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN
LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI
TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG
DIHASILKAN
SKRIPSI
Oleh
SYERVY TANATA
090405021
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AGUSTUS 2013
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT
DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG
DIHASILKAN
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, 19 Juli 2013 Syervy Tanata
NIM 090405021
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul :
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN
LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG
DIHASILKAN
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada 21 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
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 Waktu Fermentasi Campuran Limbah Padat dan Limbah Cair Industri Tapioka Terhadap Gas Bio yang Dihasilkan”, 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: Penelitian ini membantu pengolahan limbah industri tapioka sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.
Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif, yaitu gas bio. Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul “Pengaruh Komposisi Campuran Limbah Padat dan Cair Industri Tapioka Terhadap Persentase Penyisihan Total Suspended Solid (TSS) dengan Starter Kotoran Sapi”.
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.
Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku Pembimbing 2. Adenan Samin selaku Penyedia Bahan Baku
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, Agustus 2013 Penulis Syervy Tanata
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1.
Kedua orang tua penulis, Hasan Tanata dan Titin yang selalu mendukung penulis dalam melaksanakan studi, menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
2. Keluarga yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.
4. Staf Pengajar Fakultas Teknik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Medan.
5. Partner penelitian, Mimi Richell Gunawan yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini.
6. Dr. Ir. Nurzainah Ginting, MSc. selaku dosen Fakultas Pertanian yang telah memberikan pengarahan tentang penelitian ini.
7. Bang Wahyu Adnin, Syahri Dani, Bang Juliananta Sitepu, Bang Teddy Julius, Bang Dedi Anwar, Bang Alfy Syahrin Triargo, Bang Basril Amirza Harahap, Bang Yohanes dan Bang Oktabani, serta Bang Daud yang telah membantu mulai dari mengarahkan sebelum penelitian hingga selesai penelitian dan penulisan skripsi.
8. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Kimia terutama angkatan 09 khususnya Danil Tarmizi, Intan Zahara, Krisnawati, Jasinda, Michael, Elmer Surya dan Ida Ayuningrum atas dukungan moril yang diberikan dan bantuan sehingga selesainya penulisan skripsi ini.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Syervy Tanata NIM: 090405021 Tempat / Tanggal Lahir: Binjai / 30 Desember 1991 Nama Orang Tua: Hasan Tanata Alamat Orang Tua: Jl. Gajah Mada No.10B Kuala 20772
Asal Sekolah TK Methodist Binjai tahun 1995 – 1997 SD Methodist Binjai tahun 1997 – 2003 SMP Methodist Binjai tahun 2003 – 2006 SMA Methodist Binjai tahun 2006 – 2009 Pengalaman Organisasi / Kerja Himatek periode 2012 – 2013 sebagai Anggota Sosroh Asisten Lab. KA tahun 2011 – 2012 modul Analisa Air
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap kualitas dan kuantitas gas bio yang dihasilkan dari limbah padat (ampas singkong) yang dikombinasikan dengan limbah cair industri tapioka dengan menggunakan digester anaerobik sistem batch serta mengevaluasi potensi ekonomi dari gas bio yang dihasilkan dari campuran tersebut. Bahan yang digunakan adalah campuran limbah padat (ampas singkong) dan limbah cair industri tapioka dengan starter berupa campuran antara kotoran sapi dan air. Variabel yang diamati yaitu volume gas bio, Total Suspended Solid (TSS) dan
Chemical Oxygen Demand (COD) pada setiap 3 hari waktu fermentasi. Kemudian
pH dijaga konstan pada rentang 6-7 dengan menggunakan larutan kapur dan diamati uji nyala gas bio. Penelitian diawali dengan mencampurkan limbah padat dan cair dengan perbandingan 70:30; 60:40; 50:50; 40:60 dan 30:70 (w/w) dengan kotoran sapi di dalam digester anaerobik sistem batch, selanjutnya diamati
starter
volume gas bio yang dihasilkan dan dianalisa TSS dan COD dari slurry. Volume gas bio optimum pada hari ke-33 pada perbandingan berat limbah padat dan limbah cair 70:30 dengan perolehan gas bio sebesar 193,617 L untuk total massa limbah sebanyak 225 kg. Persentase penyisihan TSS terbesar pada perbandingan berat yang sama yaitu 76,2289% dan penyisihan COD terbesar dengan nilai 28,5714%. Potensi ekonomi dari campuran limbah padat dan limbah cair industri tapioka ini tidak menjanjikan.
Kata kunci: industri tapioka, limbah padat, limbah cair, gas bio, TSS, COD
ABSTRACT
This research was conducted to know the quality and quantity of biogas that was made from solid and liquid wastes of tapioca industry in a batch anaerobic digester and evaluate economic potential of biogas from that mixture. The materials for this research were solid and liquid wastes from tapioca industry with starter of solid waste from cattle and water that mixed together. Variables for these are volume of biogas, Total Suspended Solid (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) which analized every 3 days at fermentation time. Then the pH was kept constant in the range of 6-7 by using a solution of lime and observed the flame test of biogas. The research began by mixing the solid and liquid wastes from tapioca industry at ratio 70:30; 60:40; 50:50; 40:60 and 30:70 (w/w) with starter of solid waste from cattle in a batch anaerobic digester, then the volume of biogas that produced was observed and analized TSS and COD of slurry. The
rd
optimum volume of biogas was at 33 day in weight composition of solid and liquid wastes 70:30 that obtained 193,617 L of biogas for 225 kg waste. The highest percentage reduction of TSS and COD were 76,2289% and 28,5714% at the same weight ratio. Economic potential from mixture of solid and liquid wastes of tapioca industry is not promising. Keywords: tapioca industry, solid waste, liquid waste, biogas, TSS, COD
DAFTAR ISI
2.2.3 Pemarutan
2.1 UBI KAYU (SINGKONG)
5
2.2 INDUSTRI PEMBUATAN TAPIOKA
6
2.2.1 Pengupasan
6
2.2.2 Pencucian
6
6
3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2.4 Pemerasan/Ekstraksi
6
2.2.5 Pengendapan
6
2.2.6 Pengeringan
7
2.3 LIMBAH INDUSTRI TAPIOKA
7
5
Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DAFTAR SINGKATAN xv
DEDIKASI iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS v
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR TABEL xiii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
DAFTAR SIMBOL xvi
3
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
2.3.1 Limbah Cair Industri Tapioka
3.4.1 Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand
18
3.2.3 Rangkaian Peralatan
19
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN
19
3.3.1 Pembuatan Gas Bio
19
3.3.1.1 Blok Diagram Pembuatan Gas Bio
20
3.4 PROSEDUR ANALISA
21
21 (COD)
18
3.4.2 Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid
21 (TSS)
3.4.3 Pengukuran pH
23
3.4.4 Pengukuran Volume Gas Bio
23
3.4.5 Penentuan Kualitas Gas Bio
23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
24
4.1 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP
VOLUME GAS BIO HARIAN
3.2.2 Peralatan
3.2.1 Bahan
8
11
2.3.2 Limbah Padat Industri Tapioka
9
2.4 GAS BIO
10
2.4.1 Pengertian Gas Bio
10
2.4.2 Prinsip Dasar Gas Bio
10
2.4.3 Aplikasi Gas Bio
11
2.4.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Gas Bio
2.4.5 Mekanisme Pembentukan Gas Bio
18
12
2.5 PEMILIHAN PROSES
13
2.6 DESKRIPSI PROSES
15
2.7 POTENSI EKONOMI
15 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
18
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
18
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
24
4.2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PERSENTASE PENYISIHAN TOTAL SUSPENDED
27
SOLID (TSS)
4.3 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PERSENTASE PENYISIHAN CHEMICAL OXYGEN
30
DEMAND (COD)
33
5.1 KESIMPULAN
32 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.2 SARAN
34 DAFTAR PUSTAKA
35 LAMPIRAN 1
40 LAMPIRAN 2
43 LAMPIRAN 3
44
4.4 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP DERAJAT KEASAMAN (pH)
33
DAFTAR GAMBAR
44 Gambar L3.2 Sampel Limbah Cair
49 Gambar L3.12 Pengujian pH
48 Gambar L3.11 Pengambilan Sisa Sampel
48 Gambar L3.10 Proses Pengadukan Slurry
47 Gambar L3.9 Proses Pengisian Digester
47 Gambar L3.8 Proses Pengadukan Campuran Agar Homogen
46 Gambar L3.7 Proses Pencampuran Kotoran Sapi dan Air
46 Gambar L3.6 Proses Pemisahan Kotoran Sapi dari Kontaminan (Batu, Plastik
45 Gambar L3.5 Pengambilan Kotoran Sapi
45 Gambar L3.4 Digester Tampak Depan dan Tampak Samping
44 Gambar L3.3 Peralatan Penelitian di Lapangan
30 Gambar L3.1 Sampel Ampas Singkong
Halaman
27 Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan Chemical Oxygen Demand (COD) Pada Beberapa Komposisi
26 Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan Total Suspended Solid (TSS) Pada Beberapa Komposisi
24 Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Produksi Gas Bio Harian Pada Beberapa Komposisi
23 Gambar 4.1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Gas Bio Harian Pada Beberapa Komposisi dengan Massa Total Limbah 225 kg
22 Gambar 3.4 Flowchart Pengukuran pH
20 Gambar 3.3 Flowchart Analisa Konsentrasi TSS
19 Gambar 3.2 Blok Diagram Pembuatan Gas Bio
7 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Dalam Pembuatan Gas Bio
5 Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Tapioka
Gambar 2.1 Ubi Kayu (Singkong)49 Gambar L3.13 Proses Pengisian Air Ke Dalam Tabung Pengukur Volume Gas
50 Gambar L3.14 Penarikan Tali Untuk Tempat Gas Bio yang Akan Terperangkap
50 Gambar L3.15 Dibuka Katup Pada Digester
51 Gambar L3.16 Diukur Ketinggian dari Gas Bio yang Terperangkap Dalam Tabung
51 Gambar L3.17 Persiapan Untuk Uji Nyala
52 Gambar L3.18 Terbentuk Nyala Api Biru
52
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Cadangan dan Produksi Minyak Bumi di Indonesia1 Tabel 2.1 Komposisi Ubi Kayu (Singkong) (per 100 gram bahan)
5 Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Cair Tapioka
8 Tabel 2.3 Kandungan Nutrisi Limbah Cair Tapioka
9 Tabel 2.4 Komposisi Ampas Ubi Kayu/Singkong (Onggok)
9 Tabel 2.5 Komposisi Gas Bio
10 Tabel 2.6 Karakteristik Gas Bio
11 Tabel 2.7 Perbandingan Proses Aerobik dan Anaerobik
14 Tabel L1.1 Analisa Kuantitatif Volume Gas, TSS, COD dan pH
40 Tabel L1.2 Analisa Kualitatif Uji Nyala
42