Kajian Gravity Thickener sebagai Alat Pemisah Lumpur Keluaran Fermentor pada Pembuatan Biogas dari Fermentasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Skala Pilot.
KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI ALAT PEMISAH
LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT SKALA PILOT
TESIS
OLEH
RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN
097022001/TK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI ALAT PEMISAH
LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT SKALA PILOT
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
dalam Program Studi Magister Teknik Kimia
pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN
097022001/TK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
JUDUL PENELITIAN
:
KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI
ALAT PEMISAH
LUMPUR KELUARAN
FERMENTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS
DARI
FERMENTASI LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT SKALA PILOT
NAMA MAHASISWA
:
RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN
NOMOR INDUK
MAHASISWA
:
097022001
PROGRAM STUDI
:
MAGISTER TEKNIK KIMIA
Menyetujui,
Telah di Uji Pada
Tanggal 30 Januari 2014
Universitas Sumatera Utara
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Dr.Eng. Ir. Irvan, M.Si
Anggota
: 1. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T
2. Dr. Ir. Taslim, M.Si
3. Ir. Bambang Trisakti, M.Sc
4. Dr. Ir. Iriany, M.Si
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Desa Bulumario Kecamatan Sipirok Kabupaten Tapanuli
Selatan pada tanggal 08 April 1983 yang merupakan anak terakhir dari sepuluh
bersaudara dari pasangan Bapak Kosim Nainggolan dan Ibu Bairom Pasaribu (Alm).
Pendidikan Sekolah Dasar (SD) di tempuh di SD Inpres Desa Bulumario
pada tahun 1989-1995, kemudian melanjutkan ke pendidikan Sekolah Menengah
Pertama (SMP) di SMP Negeri 4 Sipirok pada tahun 1995-1998, kemudian
melanjutkan ke Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 1 Sipirok pada tahun
1998-2001.
Pada tahun 2001 Penulis melanjutkan pendidikan di Universitas Sumatera
Utara Fakultas Teknik Jurusan Diploma IV Teknologi Kimia Industri dan lulus
menjadi Sarjana Sains Terapan (S.ST) pada tahun 2006. Setelah itu Penulis
melanjutkan pendidikan program Magister Teknik Kimia di Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Saat ini penulis bertugas sebagai Staf Ahli Teknik Lingkungan PT. Emesi
Consultant dan Dosen di STIP-AP Kampus LPP Medan. Menikah pada tahun 2007
dengan Novilah, A.Md dikaruniai 3 (tiga) orang putri : Yusvita Almaghfirah
Nainggolan, Jasysyiyah Alqadariah Nainggolan dan Jaliilah Yarashimah Nainggolan.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain gravity thickener sebagai alat
sedimentasi yang sesuai pada proses konversi LCPKS dengan sistem recycle pada
skala pilot sebagai upaya untuk memperoleh laju dekomposisi VS ≥ 80%. LCPKS
yang digunakan diambil dari fat pit PKS Adolina PTP Nusantara IV. Adapun bahan
kimia yang digunakan adalah NaHCO3, FeCl2, NiCl.6H2O dan CoCl2.6H2O.
Percobaan dilaksanakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) skala pilot.
Proses recycle sludge dilakukan menggunakan gravity thickener yang terbuat dari
carbon steel dilengkapi dengan 5 buah kran sebagai tempat pengambilan sampel.
Percobaan dilakukan dengan pH pada kisaran 6,5-7,8 dan M-alkalinity dijaga ≥
3.000 mg/l dengan penambahan NaHCO3 sebanyak 2,5 g/L LCPKS. Percobaan
diawali dengan loading up hingga mencapai target HRT 6 hari, kemudian dilakukan
pengukuran kadar TS dan VS pada variasi diameter gravity thickener, recycle sludge
dan sludge level hingga dicapai data yang stabil yaitu 3 x HRT. Percobaan dengan
memvariasikan diameter gravity thickener 315 dengan 350 mm menunjukkan tidak
terjadi perubahan kadar TS dan VS. Hal ini terjadi karena perbedaan diameter tidak
begitu signifikan. Variasi recycle sludge dari 25, 34 hingga 50% menunjukkan bahwa
produksi biogas meningkat dengan semakin besarnya recycle sludge. Variasi sludge
level dilakukan untuk mengetahui kadar TS dan VS sludge pada masing-masing level
yaitu 130; 150; 170; 190 dan 210 cm dari alas tangki silinder gravity thickener.
Percobaan diawali tanpa penggunaan anulus pada gravity thickener, ternyata tidak
bisa dilakukan penentuan sludge level karena kadar TS dan VS pada masing-masing
sludge level tidak konstan akibat adanya gejolak. Akhirnya gravity thickener
dilengkapi dengan anulus dan percobaan ini menunjukkan bahwa kadar TS dan VS
pada sludge level 130 dan 150 cm masih sangat tinggi yaitu berkisar 23.000-26.000
mg/l. Serangkaian percobaan memperlihatkan bahwa gravity thickener berdiameter
315 mm, recycle sludge 50% dan dilengkapi anulus yang digunakan sebagai alat
sedimentasi pada proses konversi LCPKS dengan sistem recycle pada skala pilot
menghasilkan laju dekomposisi VS 73,4%.
Kata Kunci : biogas, limbah cair pabrik kelapa sawit, pembangkit listrik tenaga
biogas, gravity thickener
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This study aims to get a gravity thickener design as an appropriate means of
sedimentation on LCPKS conversion process with a recycle system on a pilot scale in
an attempt to obtain the decomposition rate of ≥ 80 % VS. LCPKS used are taken
from the fat pit PKS Adolina PTP Nusantara IV. As for chemical compounds used are
NaHCO3, FeCl2, NiCl.6H2O and CoCl2.6H2O. Experiments conducted on Biogas
Power Plant (PLTBg) pilot scale. Recycle process performed using a gravity sludge
thickener made of carbon steel is fitted with 5 taps as sampling site. The experiments
were performed with a pH in the range 6.5 to 7.8 and the M - alkalinity is maintained
≥ 3.000 mg / l by the addition of 2.5 g NaHCO3 / L LCPKS. The experiment begins
with loading up until it reaches the target HRT 6 days, then measured levels of TS
and VS on the variation in diameter gravity thickener, sludge and recycle sludge level
to achieve stable data that is 3 x HRT. Experiments by varying the diameter gravity
thickener 315 to 350 mm showed no changes in the levels of TS and VS. This occurs
because the diameter difference is not so significant. Variations recycle sludge from
25 , 34 to 50 % indicates that the biogas production increased with the size of the
recycle sludge. Variations sludge was conducted to determine the level of TS and VS
concentration sludge at each level is 130 ; 150 ; 170 ; 190 and 210 cm from the base
gravity cylinder thickener tank. The experiment started without the use of the gravity
thickener annulus, it can not be done because of the determination of the level of
sludge TS and VS content of the sludge each level is not constant. Eventually gravity
thickener equipped with the annulus and these experiments show that the levels of TS
and VS in the sludge level 130 and 150 cm are still very high, ranging from 2300026000 mg / l. A series of experiments showed that the 315 mm diameter gravity
thickener, sludge recycle 50 % and comes annulus is used as a means of
sedimentation on LCPKS conversion process with recycle system at pilot scale
resulted in decomposition rate of 73.4 % VS .
Keywords : biogas , palm oil mill effluent , biogas power plants , gravity thickener
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur kepada Allah SWT atas segala
kesempatan dan kesehatan yang diberikan-Nya sehingga tesis Magister Teknik Kimia
ini dapat diselesaikan. Judul tesis ini adalah ”Kajian Gravity Thickener sebagai Alat
Pemisah Lumpur Keluaran Fermentor pada Pembuatan Biogas dari Fermentasi
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Skala Pilot”.
Dalam penyusunan tesis ini, penulis menerima banyak bantuan, bimbingan
dan fasilitas dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Peneliti pada Pembangkit
Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) POME Treatment LPPM USU sekaligus sebagai
Komisi Pembimbing. Ibu Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T selaku Sekretaris
Jurusan Program Studi Magister Teknik Kimia sekaligus sebagai Komisi
Pembimbing.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Bambang Trisakti,
M.Sc dan Mr. Tomiuchi Yoshimassa selaku pembimbing lapangan dan fasilisator.
Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku Ketua Jurusan Program Studi Magister Teknik
Kimia, Universitas Sumatera Utara. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, M.S.M.E
selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
iii
Universitas Sumatera Utara
iv
Akhirnya penulis memohon nasehat dan saran kepada berbagai pihak yang
membaca tesis ini untuk dapat diperbaiki pada masa yang akan datang, karena tulisan
ini membutuhkan banyak perbaikan untuk perkembangannya. Terima kasih.
Medan, Februari 2014
Penulis,
Rahmat M. Nainggolan
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ........................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xi
DAFTAR SINGKATAN ...................................................................................... xiii
BAB I
PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................................... 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 5
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................... 5
1.5 Lingkup Penelitian ........................................................................... 5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 7
2.1 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit ................................................... 7
2.1.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit ..................... 8
2.1.2 Dampak LCPKS Terhadap Lingkungan ................................. 8
2.2 Teknologi Pengolahan LCPKS ........................................................ 9
2.2.1 Aplikasi LCPKS ke Lahan (Land Application) ....................... 9
v
Universitas Sumatera Utara
vi
2.2.2 Konversi LCPKS Menjadi Biogas ......................................... 10
2.3 Sedimentasi (Pengendapan) ............................................................. 11
2.3.1 Jenis-jenis Pengendapan ........................................................ 13
2.3.1.1 Sedimentasi kontinu ................................................. 13
2.3.1.2 Sedimentasi Batch .................................................... 14
2.3.2 Model Pengendapan ............................................................... 14
2.4 Gravity Thickener ........................................................................... 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 16
3.1 Lokasi Penelitian ............................................................................. 16
3.2 Bahan dan Peralatan ........................................................................ 16
3.3 Tahapan Penelitian .......................................................................... 18
3.4 Prosedur Penelitian ......................................................................... 19
3.4.1 Loading up hingga mencapai Target HRT .............................. 19
3.4.2 Pengujian Sampel .................................................................. 20
3.5 Jadwal Penelitian............................................................................. 20
3.6 Flowchart Penelitian ...................................................................... 21
3.6.1 Flowchart Tahapan Penelitian ................................................ 21
3.6.2 Flowchart Analisa TS dan VS ................................................ 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 23
4.1 Loading HRT ................................................................................. 23
4.2 Produksi Biogas pada Fermentasi Anaerobik dengan Sistem
Recycle pada Skala Laboratorium dan Pilot ..................................... 24
Universitas Sumatera Utara
vii
4.3 Pengaruh Diameter Gravity Thickener terhadap TS dan VS ............ 25
4.4 Pengaruh Sludge Level terhadap TS dan VS ................................... 26
4.4.1 Pengaruh Sludge Level terhadap TS dan VS pada
Penggunaan Gravity Thickener tanpa Anulus ......................... 27
4.4.2 Pengaruh Sludge Level Terhadap TS dan VS Pada Gravity
Thickener dengan Anulus ....................................................... 29
4.5 Pengaruh Jumlah Recycle Sludge terhadap Laju Dekomposisi VS ... 31
4.6 Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik untuk
Jumlah Recycle Sludge 25%, 34 % dan 50%3.................................. 33
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 35
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 35
5.2 Saran .............................................................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 37
LAMPIRAN A DATA HASIL PERCOBAAN ..................................................... 40
A.1 Perbandingan TS dan VS pada Rasio Recycle Sludge ........................ 40
A.2 Kandungan TS dan VS pada Diameter Gravity Thickener ................. 42
A.3 Kandungan TS dan VS pada Sludge Level ......................................... 43
A.3.1 Gravity Thickener Tanpa Menggunakan Anulus ....................... 43
A.3.2 Gravity Thickener Menggunakan Anulus.................................. 44
A.4 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) ................................................ 45
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ........................................................ 47
B.1 Perhitungan Produksi Biogas/VS ...................................................... 47
Universitas Sumatera Utara
viii
B.2 Perhitungan Laju Dekomposisi VS ................................................... 47
B.3 Perhitungan Bilangan Reynold ......................................................... 48
LAMPIRAN C DOKUMENTASI ........................................................................ 49
LAMPIRAN D SKEMATIK PERALATAN PLTBg ............................................ 50
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Halaman
2.1
Unit Fat Pit PKS Adolina ............................................................................ 7
3.1
Gravity thickener yang akan Digunakan Dalam Penelitian ini ...................... 18
3.2
Skematik Gravity Thickener tanpa anulus (satuan dalam cm) ....................... 19
3.3
Skematik Gravity Thickener beranulus (satuan dalam cm) ........................... 19
3.4
Flowchart Tahapan Penelitian ...................................................................... 21
3.5
Flowchart analisa TS dan VS ....................................................................... 22
4.1
Grafik loading HRT ...................................................................................... 23
4.2
Grafik Perbandingan Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik
dengan Sistem Recycle pada Skala Laboratorium dan Pilot ........................... 24
4.3
Grafik Pengaruh Diameter Gravity Thickener Terhadap (a) TS dan (b)
VS ............................................................................................................... 26
4.4
Sludge Level Gravity Thickener .................................................................... 27
4.5
Grafik Pengaruh Sludge Level Terhadap (a) TS dan (b) VS pada
Penggunaan Gravity Thickener tanpa Anulus ................................................ 28
4.6
Grafik Pengaruh Sludge Level Terhadap (a) TS dan (b) VS pada
Penggunaan Gravity Thickener Beranulus ..................................................... 30
4.7
Grafik Hubungan Pengaruh Jumlah Recycle Terhadap Laju Dekomposisi
VS ................................................................................................................ 31
ix
Universitas Sumatera Utara
x
4.8
Perbandingan Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik untuk
Jumlah Recycle Sludge 25%, 34% dan 50% .................................................. 33
C.1 Rangkaian Peralatan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) ....... 49
C.2 Gravity Thickener yang digunakan dalam penelitian ini ............................... 49
D.1 Skematik Rangkaian Peralatan Penelitian PLTBg Skala Pilot ........................ 50
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Halaman
2.1
Karakteristik sampel LCPKS dari PKS Adolina ......................................... 8
2.2
Produksi Rata-rata per Tahun Kelapa Sawit dan Limbahnya ...................... 9
2.3
Komposisi Biogas ...................................................................................... 11
2.4
Karakteristik Performance Alat-alat Sedimentasi ....................................... 15
3.1
Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian ..................................... 21
A.1.1 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge
25% ........................................................................................................... 40
A.1.2 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge
34% ........................................................................................................... 41
A.1.3 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge
50% ........................................................................................................... 41
A.2.1 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Diameter 350 mm .............. 42
A.2.2 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Diameter 315 mm .............. 42
A.3.1 Kandungan Total Solid Sludge Level .......................................................... 43
A.3.2 Kandungan Volatil Solid Sludge Level ........................................................ 43
A.3.3 Kandungan Total Solid Sludge Level .......................................................... 44
A.3.4 Kandungan Volatil Solid Sludge Level ........................................................ 44
A.4.1 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 25% ....... 45
xi
Universitas Sumatera Utara
xii
A.4.2 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 34% ....... 45
A.4.3 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 50% ....... 46
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
BOD
: Biological Oxygen Demand
COD
: Chemical Oxygen Demand
CPO
: Crude Palm Oil
CSTR
: Continuous Stirred Tank Reactor
CDM
: Clean Development Mechanism
HRT
: Hydraulic Retention Time
LCPKS
: Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
PLTBg
: Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
PKS
: Pabrik Kelapa Sawit
POME
: Palm Oil Mill Effluent
PTPN
: Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara
TBS
: Tandan Buah Segar
TS
: Total Solid
VS
: Volatile Solid
SRT
: Sludge Retention Time
xiii
Universitas Sumatera Utara
LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT SKALA PILOT
TESIS
OLEH
RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN
097022001/TK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI ALAT PEMISAH
LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN
BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK
KELAPA SAWIT SKALA PILOT
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik
dalam Program Studi Magister Teknik Kimia
pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara
OLEH
RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN
097022001/TK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014
Universitas Sumatera Utara
JUDUL PENELITIAN
:
KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI
ALAT PEMISAH
LUMPUR KELUARAN
FERMENTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS
DARI
FERMENTASI LIMBAH CAIR
PABRIK KELAPA SAWIT SKALA PILOT
NAMA MAHASISWA
:
RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN
NOMOR INDUK
MAHASISWA
:
097022001
PROGRAM STUDI
:
MAGISTER TEKNIK KIMIA
Menyetujui,
Telah di Uji Pada
Tanggal 30 Januari 2014
Universitas Sumatera Utara
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua
: Dr.Eng. Ir. Irvan, M.Si
Anggota
: 1. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T
2. Dr. Ir. Taslim, M.Si
3. Ir. Bambang Trisakti, M.Sc
4. Dr. Ir. Iriany, M.Si
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Desa Bulumario Kecamatan Sipirok Kabupaten Tapanuli
Selatan pada tanggal 08 April 1983 yang merupakan anak terakhir dari sepuluh
bersaudara dari pasangan Bapak Kosim Nainggolan dan Ibu Bairom Pasaribu (Alm).
Pendidikan Sekolah Dasar (SD) di tempuh di SD Inpres Desa Bulumario
pada tahun 1989-1995, kemudian melanjutkan ke pendidikan Sekolah Menengah
Pertama (SMP) di SMP Negeri 4 Sipirok pada tahun 1995-1998, kemudian
melanjutkan ke Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 1 Sipirok pada tahun
1998-2001.
Pada tahun 2001 Penulis melanjutkan pendidikan di Universitas Sumatera
Utara Fakultas Teknik Jurusan Diploma IV Teknologi Kimia Industri dan lulus
menjadi Sarjana Sains Terapan (S.ST) pada tahun 2006. Setelah itu Penulis
melanjutkan pendidikan program Magister Teknik Kimia di Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Saat ini penulis bertugas sebagai Staf Ahli Teknik Lingkungan PT. Emesi
Consultant dan Dosen di STIP-AP Kampus LPP Medan. Menikah pada tahun 2007
dengan Novilah, A.Md dikaruniai 3 (tiga) orang putri : Yusvita Almaghfirah
Nainggolan, Jasysyiyah Alqadariah Nainggolan dan Jaliilah Yarashimah Nainggolan.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain gravity thickener sebagai alat
sedimentasi yang sesuai pada proses konversi LCPKS dengan sistem recycle pada
skala pilot sebagai upaya untuk memperoleh laju dekomposisi VS ≥ 80%. LCPKS
yang digunakan diambil dari fat pit PKS Adolina PTP Nusantara IV. Adapun bahan
kimia yang digunakan adalah NaHCO3, FeCl2, NiCl.6H2O dan CoCl2.6H2O.
Percobaan dilaksanakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) skala pilot.
Proses recycle sludge dilakukan menggunakan gravity thickener yang terbuat dari
carbon steel dilengkapi dengan 5 buah kran sebagai tempat pengambilan sampel.
Percobaan dilakukan dengan pH pada kisaran 6,5-7,8 dan M-alkalinity dijaga ≥
3.000 mg/l dengan penambahan NaHCO3 sebanyak 2,5 g/L LCPKS. Percobaan
diawali dengan loading up hingga mencapai target HRT 6 hari, kemudian dilakukan
pengukuran kadar TS dan VS pada variasi diameter gravity thickener, recycle sludge
dan sludge level hingga dicapai data yang stabil yaitu 3 x HRT. Percobaan dengan
memvariasikan diameter gravity thickener 315 dengan 350 mm menunjukkan tidak
terjadi perubahan kadar TS dan VS. Hal ini terjadi karena perbedaan diameter tidak
begitu signifikan. Variasi recycle sludge dari 25, 34 hingga 50% menunjukkan bahwa
produksi biogas meningkat dengan semakin besarnya recycle sludge. Variasi sludge
level dilakukan untuk mengetahui kadar TS dan VS sludge pada masing-masing level
yaitu 130; 150; 170; 190 dan 210 cm dari alas tangki silinder gravity thickener.
Percobaan diawali tanpa penggunaan anulus pada gravity thickener, ternyata tidak
bisa dilakukan penentuan sludge level karena kadar TS dan VS pada masing-masing
sludge level tidak konstan akibat adanya gejolak. Akhirnya gravity thickener
dilengkapi dengan anulus dan percobaan ini menunjukkan bahwa kadar TS dan VS
pada sludge level 130 dan 150 cm masih sangat tinggi yaitu berkisar 23.000-26.000
mg/l. Serangkaian percobaan memperlihatkan bahwa gravity thickener berdiameter
315 mm, recycle sludge 50% dan dilengkapi anulus yang digunakan sebagai alat
sedimentasi pada proses konversi LCPKS dengan sistem recycle pada skala pilot
menghasilkan laju dekomposisi VS 73,4%.
Kata Kunci : biogas, limbah cair pabrik kelapa sawit, pembangkit listrik tenaga
biogas, gravity thickener
i
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This study aims to get a gravity thickener design as an appropriate means of
sedimentation on LCPKS conversion process with a recycle system on a pilot scale in
an attempt to obtain the decomposition rate of ≥ 80 % VS. LCPKS used are taken
from the fat pit PKS Adolina PTP Nusantara IV. As for chemical compounds used are
NaHCO3, FeCl2, NiCl.6H2O and CoCl2.6H2O. Experiments conducted on Biogas
Power Plant (PLTBg) pilot scale. Recycle process performed using a gravity sludge
thickener made of carbon steel is fitted with 5 taps as sampling site. The experiments
were performed with a pH in the range 6.5 to 7.8 and the M - alkalinity is maintained
≥ 3.000 mg / l by the addition of 2.5 g NaHCO3 / L LCPKS. The experiment begins
with loading up until it reaches the target HRT 6 days, then measured levels of TS
and VS on the variation in diameter gravity thickener, sludge and recycle sludge level
to achieve stable data that is 3 x HRT. Experiments by varying the diameter gravity
thickener 315 to 350 mm showed no changes in the levels of TS and VS. This occurs
because the diameter difference is not so significant. Variations recycle sludge from
25 , 34 to 50 % indicates that the biogas production increased with the size of the
recycle sludge. Variations sludge was conducted to determine the level of TS and VS
concentration sludge at each level is 130 ; 150 ; 170 ; 190 and 210 cm from the base
gravity cylinder thickener tank. The experiment started without the use of the gravity
thickener annulus, it can not be done because of the determination of the level of
sludge TS and VS content of the sludge each level is not constant. Eventually gravity
thickener equipped with the annulus and these experiments show that the levels of TS
and VS in the sludge level 130 and 150 cm are still very high, ranging from 2300026000 mg / l. A series of experiments showed that the 315 mm diameter gravity
thickener, sludge recycle 50 % and comes annulus is used as a means of
sedimentation on LCPKS conversion process with recycle system at pilot scale
resulted in decomposition rate of 73.4 % VS .
Keywords : biogas , palm oil mill effluent , biogas power plants , gravity thickener
ii
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji dan syukur kepada Allah SWT atas segala
kesempatan dan kesehatan yang diberikan-Nya sehingga tesis Magister Teknik Kimia
ini dapat diselesaikan. Judul tesis ini adalah ”Kajian Gravity Thickener sebagai Alat
Pemisah Lumpur Keluaran Fermentor pada Pembuatan Biogas dari Fermentasi
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Skala Pilot”.
Dalam penyusunan tesis ini, penulis menerima banyak bantuan, bimbingan
dan fasilitas dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Peneliti pada Pembangkit
Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) POME Treatment LPPM USU sekaligus sebagai
Komisi Pembimbing. Ibu Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T selaku Sekretaris
Jurusan Program Studi Magister Teknik Kimia sekaligus sebagai Komisi
Pembimbing.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Bambang Trisakti,
M.Sc dan Mr. Tomiuchi Yoshimassa selaku pembimbing lapangan dan fasilisator.
Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku Ketua Jurusan Program Studi Magister Teknik
Kimia, Universitas Sumatera Utara. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, M.S.M.E
selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
iii
Universitas Sumatera Utara
iv
Akhirnya penulis memohon nasehat dan saran kepada berbagai pihak yang
membaca tesis ini untuk dapat diperbaiki pada masa yang akan datang, karena tulisan
ini membutuhkan banyak perbaikan untuk perkembangannya. Terima kasih.
Medan, Februari 2014
Penulis,
Rahmat M. Nainggolan
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ........................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
DAFTAR ISI ......................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xi
DAFTAR SINGKATAN ...................................................................................... xiii
BAB I
PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah ......................................................................... 4
1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 5
1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................... 5
1.5 Lingkup Penelitian ........................................................................... 5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 7
2.1 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit ................................................... 7
2.1.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit ..................... 8
2.1.2 Dampak LCPKS Terhadap Lingkungan ................................. 8
2.2 Teknologi Pengolahan LCPKS ........................................................ 9
2.2.1 Aplikasi LCPKS ke Lahan (Land Application) ....................... 9
v
Universitas Sumatera Utara
vi
2.2.2 Konversi LCPKS Menjadi Biogas ......................................... 10
2.3 Sedimentasi (Pengendapan) ............................................................. 11
2.3.1 Jenis-jenis Pengendapan ........................................................ 13
2.3.1.1 Sedimentasi kontinu ................................................. 13
2.3.1.2 Sedimentasi Batch .................................................... 14
2.3.2 Model Pengendapan ............................................................... 14
2.4 Gravity Thickener ........................................................................... 14
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 16
3.1 Lokasi Penelitian ............................................................................. 16
3.2 Bahan dan Peralatan ........................................................................ 16
3.3 Tahapan Penelitian .......................................................................... 18
3.4 Prosedur Penelitian ......................................................................... 19
3.4.1 Loading up hingga mencapai Target HRT .............................. 19
3.4.2 Pengujian Sampel .................................................................. 20
3.5 Jadwal Penelitian............................................................................. 20
3.6 Flowchart Penelitian ...................................................................... 21
3.6.1 Flowchart Tahapan Penelitian ................................................ 21
3.6.2 Flowchart Analisa TS dan VS ................................................ 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 23
4.1 Loading HRT ................................................................................. 23
4.2 Produksi Biogas pada Fermentasi Anaerobik dengan Sistem
Recycle pada Skala Laboratorium dan Pilot ..................................... 24
Universitas Sumatera Utara
vii
4.3 Pengaruh Diameter Gravity Thickener terhadap TS dan VS ............ 25
4.4 Pengaruh Sludge Level terhadap TS dan VS ................................... 26
4.4.1 Pengaruh Sludge Level terhadap TS dan VS pada
Penggunaan Gravity Thickener tanpa Anulus ......................... 27
4.4.2 Pengaruh Sludge Level Terhadap TS dan VS Pada Gravity
Thickener dengan Anulus ....................................................... 29
4.5 Pengaruh Jumlah Recycle Sludge terhadap Laju Dekomposisi VS ... 31
4.6 Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik untuk
Jumlah Recycle Sludge 25%, 34 % dan 50%3.................................. 33
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 35
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 35
5.2 Saran .............................................................................................. 35
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 37
LAMPIRAN A DATA HASIL PERCOBAAN ..................................................... 40
A.1 Perbandingan TS dan VS pada Rasio Recycle Sludge ........................ 40
A.2 Kandungan TS dan VS pada Diameter Gravity Thickener ................. 42
A.3 Kandungan TS dan VS pada Sludge Level ......................................... 43
A.3.1 Gravity Thickener Tanpa Menggunakan Anulus ....................... 43
A.3.2 Gravity Thickener Menggunakan Anulus.................................. 44
A.4 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) ................................................ 45
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN ........................................................ 47
B.1 Perhitungan Produksi Biogas/VS ...................................................... 47
Universitas Sumatera Utara
viii
B.2 Perhitungan Laju Dekomposisi VS ................................................... 47
B.3 Perhitungan Bilangan Reynold ......................................................... 48
LAMPIRAN C DOKUMENTASI ........................................................................ 49
LAMPIRAN D SKEMATIK PERALATAN PLTBg ............................................ 50
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Halaman
2.1
Unit Fat Pit PKS Adolina ............................................................................ 7
3.1
Gravity thickener yang akan Digunakan Dalam Penelitian ini ...................... 18
3.2
Skematik Gravity Thickener tanpa anulus (satuan dalam cm) ....................... 19
3.3
Skematik Gravity Thickener beranulus (satuan dalam cm) ........................... 19
3.4
Flowchart Tahapan Penelitian ...................................................................... 21
3.5
Flowchart analisa TS dan VS ....................................................................... 22
4.1
Grafik loading HRT ...................................................................................... 23
4.2
Grafik Perbandingan Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik
dengan Sistem Recycle pada Skala Laboratorium dan Pilot ........................... 24
4.3
Grafik Pengaruh Diameter Gravity Thickener Terhadap (a) TS dan (b)
VS ............................................................................................................... 26
4.4
Sludge Level Gravity Thickener .................................................................... 27
4.5
Grafik Pengaruh Sludge Level Terhadap (a) TS dan (b) VS pada
Penggunaan Gravity Thickener tanpa Anulus ................................................ 28
4.6
Grafik Pengaruh Sludge Level Terhadap (a) TS dan (b) VS pada
Penggunaan Gravity Thickener Beranulus ..................................................... 30
4.7
Grafik Hubungan Pengaruh Jumlah Recycle Terhadap Laju Dekomposisi
VS ................................................................................................................ 31
ix
Universitas Sumatera Utara
x
4.8
Perbandingan Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik untuk
Jumlah Recycle Sludge 25%, 34% dan 50% .................................................. 33
C.1 Rangkaian Peralatan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) ....... 49
C.2 Gravity Thickener yang digunakan dalam penelitian ini ............................... 49
D.1 Skematik Rangkaian Peralatan Penelitian PLTBg Skala Pilot ........................ 50
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Halaman
2.1
Karakteristik sampel LCPKS dari PKS Adolina ......................................... 8
2.2
Produksi Rata-rata per Tahun Kelapa Sawit dan Limbahnya ...................... 9
2.3
Komposisi Biogas ...................................................................................... 11
2.4
Karakteristik Performance Alat-alat Sedimentasi ....................................... 15
3.1
Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian ..................................... 21
A.1.1 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge
25% ........................................................................................................... 40
A.1.2 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge
34% ........................................................................................................... 41
A.1.3 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge
50% ........................................................................................................... 41
A.2.1 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Diameter 350 mm .............. 42
A.2.2 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Diameter 315 mm .............. 42
A.3.1 Kandungan Total Solid Sludge Level .......................................................... 43
A.3.2 Kandungan Volatil Solid Sludge Level ........................................................ 43
A.3.3 Kandungan Total Solid Sludge Level .......................................................... 44
A.3.4 Kandungan Volatil Solid Sludge Level ........................................................ 44
A.4.1 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 25% ....... 45
xi
Universitas Sumatera Utara
xii
A.4.2 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 34% ....... 45
A.4.3 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 50% ....... 46
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
BOD
: Biological Oxygen Demand
COD
: Chemical Oxygen Demand
CPO
: Crude Palm Oil
CSTR
: Continuous Stirred Tank Reactor
CDM
: Clean Development Mechanism
HRT
: Hydraulic Retention Time
LCPKS
: Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
PLTBg
: Pembangkit Listrik Tenaga Biogas
PKS
: Pabrik Kelapa Sawit
POME
: Palm Oil Mill Effluent
PTPN
: Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara
TBS
: Tandan Buah Segar
TS
: Total Solid
VS
: Volatile Solid
SRT
: Sludge Retention Time
xiii
Universitas Sumatera Utara