PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN RASIO RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN AMBIENT SKRIPSI

  PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN RASIO RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN AMBIENT SKRIPSI Oleh AIDIL SAPUTRA 110405066 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN SEPTEMBER 2015

  PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN RASIO RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KEADAAN AMBIENT SKRIPSI Oleh AIDIL SAPUTRA 110405066 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN SEPTEMBER 2015

  

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 Retention Time (HRT) dan Rasio Recycle

  Sludge pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

  pada Keadaan Ambient ”, 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.

  Penelitian ini memberikan informasi mengenai proses loading up dan variasi rasio recycle sludge dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis.

  2. Penelitian ini memanfaatkan limbah cair pabrik kelapa sawit dengan menggunakan keadaan ambient sehingga lebih menghemat energi yang umumnya digunakan untuk pemanas.

  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 selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU.

  2. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU dan sebagai Dosen Penguji

  3. Ir. Bambang Trisakti MT selaku Pembimbing 4.

  Ir. Seri Maulina, MSChe, PhD selaku Penguji 5. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi

  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, September 2015 Penulis Aidil Saputra

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1.

  Orang tua penulis, Ayahanda Mayulis dan Ibunda Martina yang sangat banyak memberikan dukungan moril maupun materil bagi penulis dalam segala hal.

  2. Saudara penulis Selvia Agustin, Ade Kurnia, Oki Dermawan, dan Marsya Razita serta keluarga penulis yang telah memberikan saran dan semangat dalam menyelesaikan studi.

  3. Rekan penelitian M. Darul Nafis dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi, Bg Basril Amirza Harahap, Bg Dedy Anwar, Bg Jeni Lubis, Intan Afrilia, Ramlan, M. Darul Nafis, Rio Agung Prakoso, Ekuino Simanungkalit, Tri Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan Muksalmina.

  4. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk 2011 terutama Yusrina Ika Putri, Yunasa Addien, Widya Gema Bestari, Nadya Gema Bestari, Dwi Gita Ferani, Mutiara Mendopa, Rio Nazif, Erlangga Wicaksana, Oktris Novali Gusti, William, Yos Pawer Ambarita, Iloan Manalu, dan M. Fauzy Ramadhan Tarigan yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

  5. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Aidil Saputra NIM : 110405066 Tempat, tanggal lahir : Dumai / 26 Maret 1993 Nama Orang Tua : Mayulis dan Martina Alamat Orang Tua: Jalan Ratu Sima No. 28, RT 005, Kelurahan Simpang Tetap Darul Ichsan, Kecamatan Dumai Barat, Kota Dumai, Riau

  Asal Sekolah:  TK Aisyiah tahun 1998–1999  SD Negeri 010 Ratu Sima tahun 1999–2005  SMP Negeri 2 Dumai tahun 2005–2008  SMA Negeri Binaan Khusus tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh: 1.

  Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2012 2. Beasiswa Data Print tahun 2012

  Pengalaman Organisasi/Kerja: 1.

  Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota Literatur dan Pengembangan.

  2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Peningkatan Akademik dan Literatur.

  3. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara tahun 2013/2015 modul pulp, modul Resin Urea Formaldehid, dan Reaktor Fasa Cair.

ABSTRAK

  Proses asidogenesis merupakan tahap pertama dari digestasi anaeobik dua tahap yang menghasilkan produk intermediet berupa Volatile Fatty Acid (VFA). Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh HRT dan recycle sludge pada proses asidogenesis LCPKS pada keadaan ambient. Proses loading-up dilakukan dengan variasi HRT mulai dari HRT 20 hari, 15 hari, 10 hari, 5 hari, dan 4 hari untuk mencapai operasi target. Operasi target dilakukan dengan variasi rasio recycle sludge 0%, 15%, 25% dan 35% dengan laju pengadukan 250 rpm dan temperatur ambient. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi

  VFA. Konsentrasi VSS tertinggi dan Reduksi VS tertinggi diperoleh pada rasio

  recycle sludge 25% sebesar 21.280 mg/l dan 14,24 %. Reduksi COD pada rasio recycle sludge 25% sebesar 24,19%.

  Kata kunci : asidogenesis, ambient, digestasi anaerobik, recycle sludge, Volatile Fatty Acid(VFA).

ABSTRACT

  Acidogenesis process is the first stage of digestion anaeobik two stages that produce intermediate products in the form of Volatile Fatty Acids (VFA). This study aims to get the effect of HRT and recycle sludge at acidogenesis process LCPKS at ambient temperature. Loading-up process done with HRT variations ranging from 20 days of HRT, 15 days, 10 days, 5 days and 4 days to reach the target operation. The target operation performed by varying the ratio of the sludge recycle of 0%, 15%, 25% and 35% with a stirring rate of 250 rpm and ambient temperature. Analysis solids (TS, VS, TSS and VSS), COD and VFA conducted to review changes in the organic compounds that turn into VFA. The highest concentration of VSS and VS reduction obtained at ratio sludge recycle of 25% is 21 280 mg/l and 14,24%. COD reduction at ratio of sludge recycle of 25% is 24,19% Keywords : acidogenesis, ambient, anaerobic digestion, recycle sludge, Volatile Fatty Acids (VFA).

DAFTAR ISI

  Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

  PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ii PRAKATA ....................................................................................................... iiiii i iii DEDIKASI ................................................................................................................. v RIWAYAT HIDUP PENULIS ................................................................................. vi ABSTRAK ............................................................................................................... vii ABSTRACT ............................................................................................................ viii DAFTAR ISI ............................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... xii DAFTAR TABEL ................................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................ xv DAFTAR SINGKATAN ........................................................................................ xvi BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................

  1 1.1 LATAR BELAKANG ...............................................................................

  1 1.2 PERUMUSAN MASALAH ......................................................................

  4 1.3 TUJUAN PENELITIAN ...........................................................................

  4 1.4 MANFAAT PENELITIAN .......................................................................

  4 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN ...........................................................

  5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................

  6 2.1 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ...........................................

  6

  2.2 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SEBAGAI SUBSTRAT BIOGAS .............................................................................

  10 2.3 DIGESTASI ANAEROBIK ....................................................................

  11 2.3.1 Tahap Hidrolisis .............................................................................

  12 2.3.2 Tahap Asidogenesis ........................................................................

  13 2.3.3 Tahap Asetogenesis ........................................................................

  14 2.3.4 Tahap Metanogenesis .....................................................................

  15

  2.4 DIGESTASI ANAEROBIK DENGAN SISTEM SATU TAHAP DAN DUA TAHAP

  15

  2.5 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI DIGESTASI ANAEROBIK

  17 2.5.1 pH

  17

  2.5.2 Suhu 18 2.5.3 Mixing (Pencampuran) ...................................................................

  19 2.5.4 Hidraulic Retention Time (HRT) ....................................................

  19 2.4.5 Solid Retention Time (SRT) ............................................................

  20 2.4.6 Organic Loading Rate(OLR) ..........................................................

  21 2.4.7 Volatile Fatty Acid (VFA) ..............................................................

  21 2.5 ANALISIS EKONOMI ...........................................................................

  22 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...............................................................

  23 3.1 LOKASI PENELITIAN ...........................................................................

  23 3.2 BAHAN DAN PERALATAN .................................................................

  23 3.2.1 Bahan-bahan ..................................................................................

  23 3.2.2 Peralatan ........................................................................................

  23 3.3 TAHAPAN PENELITIAN ......................................................................

  25

  3.3.1 Analisis Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) .............................................................................

  25 3.3.2 Loading Up dan Operasi Target ....................................................

  29 3.3.3 Prosedur Recycle ............................................................................

  29 3.3.4 Pengujian Sampel (Sampling) .......................................................

  29 3.4 FLOWCHART PENELITIAN ..................................................................

  30

  3.4.1 Flowchart Prosedur Analisis Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) dan Pengujian Sampel (Sampling) .........

  30 3.4.2 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target ..................

  36 3.4.3 Flowchart Prosedur Recycle .........................................................

  37 3.5 JADWAL PENELITIAN .........................................................................

  37 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................................

  39 4.1 KARAKTERISASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ........

  39 4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP) ........

  40 4.2.1 Profil pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up .......................

  40

  4.2.2 Pengaruh Kondisi pH dan Alkalinitas terhadap Pertumbuhan

  Mikroba ..........................................................................................

  41

  4.2.3 Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) pada Proses Loading Up ...................................................................................................

  43

  4.2.4 Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Pada Proses Loading Up ....................................................................................

  44

  4.3.5 Pengaruh pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas Pada Proses Loading Up .........................................................................

  45 4.3 HASIL PENELITIAN PROSES OPERASI TARGET ............................

  46 4.3.1 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Alkalinitas .............................

  46

  4.3.2 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba . 48 4.3.3 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Vollatile Solid (VS) .

  49

  4.3.4 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) ..............................................................................

  51 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................

  53 5.1 Kesimpulan ..............................................................................................

  53 5.2 Saran .........................................................................................................

  53 DAFTAR PUSTAKA ..............................................................................................

  54

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

Gambar 2.1 Produksi Minyak Kelapa Sawit Dunia

  7 Gambar 2.2 Pengolahan Minyak Kelapa Sawit yang Menghasilkan LCPKS

  9 Gambar 2.3 Skema Proses Pengolahan Digestasi Anaerobik

  12 Gambar 2.4 Pembentukan Monomer

  13 Gambar 2.5 Klasifikasi Mikroorganisme Berdasarkan Suhu

  19 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan

  24 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Analisis pH

  30 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity

  31 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)

  32 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solid (VS)

  33 Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solid (TSS)

  33 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solid (VSS)

  34 Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)

  35 Gambar 3.9 Flowchart Prosedur Loading Up dan Operasi Target

  36 Gambar 3.10 Flowchart Prosedur Recycle

  37 Gambar 4.1 Hubungan pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up

  41 Gambar 4.2 Pengaruh Kondisi pH dan Alkalinitas terhadap Pertumbuhan Mikroba

  42 Gambar 4.3 Pengaruh Reduksi HRT terhadap Reduksi COD

  43 Gambar 4.4 Pengaruh Reduksi HRT terhadap Pembentukan VFA

  44 Gambar 4.5 Pengaruh Reduksi HRT terhadap rasio VFA/Alkalinitas

  43 Gambar 4.6 Pengaruh Rasio Recycle Sludge terhadap pH dan Alkalinitas pada Operasi Target

  46 Gambar 4.7 Pengaruh Rasio Recycle Sludge terhadap Rerata Alkalinitas (Error

   Bar Menyatakan Standar Deviasi)

  47 Gambar 4.8 Pengaruh Rasio Recycle Sludge terhadap Konsentrasi VSS pada Operasi Target

  48 Gambar 4.9 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-rata Konsentrasi VSS (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi)

  49 Gambar 4.10 Pengaruh Rasio Recycle Sludge terhadap Reduksi VS

  50

Gambar 4.11 Pengaruh Rasio Recycle Sludge terhadap Rata-rata Reduksi VS (Error

  Bar Menyatakan Standar Deviasi)

  50 Gambar 4.12 Pengaruh Rasio Recycle Sludge terhadap Degradasi Chemical

  Oxygen Demand (COD)

  51 Gambar C.1 Tangki Umpan

  66 Gambar C.2 Fermentor

  66 Gambar C.3 Botol Keluaran Fermentor (discharge)

  67 Gambar C.4 Botol Penampung Biogas (Gas Collector)

  67 Gambar C.5 Gas Meter

  67 Gambar C.6 Rangkaian Peralatan

  68 Gambar C.7 LCPKS Segar pada Temperatur Ambient

  68 Gambar C.8 Effluent Fermentor untuk Proses Pengendapan

  69 Gambar C.9 Peralatan Analisis M-Alkalinity

  69 Gambar C.10 Detecting Tube Hasil Analisis Gas H

  2 S dan CO

  2

  70 Gambar C.11 Peralatan Analisis Padatan Tersuspensi (Vacuum Pump)

  70 Gambar C.12 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)

  71 Gambar C.13 Timbangan Analitik

  71 Gambar C.14 Desikator

  72 Gambar C.15 Oven

  72 Gambar C.16 Furnace

  73 Gambar D.1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Lemak dalam LCPKS ...............

  74 Gambar D.2 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Protein dalam LCPKS ..............

  74 Gambar D.3 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis Karbohidrat dalam LCPKS .......

  75 Gambar D.4 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis VFA ..........................................

  76 Gambar D.5 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisis VFA (lanjutan) ..........................

  77

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 1.1 Berbagai Penelitian Mengenai Pengolahan Anaerobik

  3 Tabel 2.1 Produksi dan Ekspor Minyak Kelapa Sawit Indonesia, Malaysia dan Thailand

  7 Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Cair Kelapa Sawit

  10 Tabel 2.3 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit

  10 Tabel 2.4 Produksi Biogas dan Metana Teoritis dari Karbohidrat, Lemak dan Protein

  11 Tabel 2.5 Beberapa Kelompok Enzim Hidrolisis dan Fungsinya

  13 Tabel 2.6 Degradasi pada Tahap Metanogenesis

  15 Tabel 2.7 Bahan Kimia yang Sering digunakan sebagai Sistem Penyangga

  18 Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent

  30 Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian

  38 Tabel 4.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Adolina

  39 Tabel A.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Adolina

  59 Tabel A.2 Data Hasil Analisis pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS, dan VSS pada

  Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)

  59 Tabel A.3 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) pada

  Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)

  61 Tabel A.4 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) pada

  Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)

  61 Tabel A.5 Data Hasil Analisis pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS, dan VSS pada

  Variasi Recycle Sludge

  62 Tabel A.6 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) pada

  Variasi Recycle Sludge

  63 Tabel B.1 Data Alkalinitas untuk Variasi Recycle Sludge 0% (HRT 4 hari)

  65