Pengaruh Pengadukan terhadap Produksi Biogas pada Proses Metanogenesis Berbahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  PENGARUH PENGADUKAN TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SKRIPSI Oleh

INTAN ZAHARA 090405004 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

PENGARUH PENGADUKAN TERHADAP

  

PRODUKSI BIOGAS PADA PROSES

METANOGENESIS BERBAHAN BAKU

LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

SKRIPSI Oleh

  INTAN ZAHARA 090405004 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JULI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

  

PENGARUH PENGADUKAN TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA

PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU LIMBAH CAIR

PABRIK KELAPA SAWIT

  dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.

  Medan, 16 Juli 2014 Intan Zahara NIM 090405004

  

PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul:

  

PENGARUH PENGADUKAN TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA

PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU LIMBAH CAIR

PABRIK KELAPA SAWIT

  dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diajukan pada sidang ujian skripsi pada 16 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Mengetahui, Medan, 16 Juli 2014 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir.Renita Manurung, MT Ir.Bambang Trisakti, MT NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19660925 199103 2 003 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr.Ir.Fatimah, MT Dr.Eng.Rondang Tambun,MT NIP. 19650115 199003 1 002 NIP. 19720612 200012 1 001

  

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 Pengadukan terhadap Produksi Biogas pada Proses Metanogenesis Berbahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  ”, 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 Cair Pabrik Kelapa Sawit secara anaerobik sehingga mengurangi pencemaran lingkungan.

   Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang energi terbarukan yaitu biogas dan teknik pengolahannya yang lebih efektif.

  Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar- besarnya kepada Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT selaku pembimbing; ibu Dr.

  

Ir Fatimah, MT dan bapak Dr. Eng. Rondang Tambun, MT selaku dosen

penguji yang telah bamyak memberikan arahan dalam penyelesaian skripsi ini.

  Selain itu, ucapan terimakasih kepada seluruh pegawai Departemen Teknik Kimia yang telah banyak membantu.

  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, Juli 2014 Penulis Intan Zahara

  DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:

  1. Kedua orang tua penulis, ayahanda Syamsuddin Halim dan ibunda Mahnita yang telah melakukan banyak hal dalam mendukung saya dalam menyelesaikan skripsi ini.

  2. Teman-teman sekelompok penelitian; Herypasc, Wenny, Veronica, dan terkhusus Mahdalena sebagai patner penelitian yang telah banyak membantu dalam penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

  3. Teman-teman stambuk 2009, adik-adik,kakak senior yang tidak dapat disebutkan satu persatu.

  4. Saudara sekaligus sahabat terkasih Danil Tarmizi dan Tian Havwini yang telah banyak memberikan doa dan dukungan kepada penulis selama penelitian dan penyelesaian skripsi ini.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama: Intan Zahara NIM: 090405004 Tempat/Tgl. Lahir: Tanjung Pura, 08 Maret 1991 Nama orang tua: Syamsuddin Halim Alamat orang tua: Jalan Pangkalan Berandan, No. 7, Tanjung Pura

  Asal Sekolah  SD Swasta Dharma Patra Rantau, tahun 1997-2003  SMP Swasta Dharma Patra Rantau, tahun 2004-2007  SMA Negeri 1 Kejuruan Muda, tahun 2007-2009 Beasiswa yang pernah diperoleh :

  1. Bantuan Belajar Mahasiswa (BBM) tahun 2010

  2. Beasiswa Peduli Pendidikan tahun 2011 Pengalaman Organisasi/ Kerja:

  1. Asisten Lab.PIK tahun 2012-2014 modul Reaktor Fasa Cair, Resin Urea Formaldehid, dan Esterifikasi

  2. Covalen Study Group Periode 2011-2012 sebagai Anggota Bidang Peningkatan Akademik dan Literatur (PAL)

  3. Himatek Periode 2012-2013 sebagai Anggota Pendidikan dan Kaderisasi

  

ABSTRAK

  Penelitian ini merupakan pengkajian terhadap pengaruh pengadukan terhadap produksi biogas pada tahap metanogenesis. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan pengaruh pengadukan terhadap produksi biogas, pH, alkalinitas, dan reduksi zat-zat organik (Total Solid (TS), Volatile Solid (VS), dan

  

Chemical Oxygen Demand (COD)), mendapatkan kondisi pengadukan optimum

  dalam pembentukan biogas serta kondisi mikroorganisme dalam menghasilkan biogas yang dilihat dari Total Suspended Solid (TSS) dan Volatile Suspended

  

Solid (VSS). Penelitian ini dilakukan proses loading up dengan HRT 0, 40, 10, 6

  hari dan HRT 4 hari untuk variasi pengadukan. Substrat yang digunakan merupakan effluent Limbah Cair Pabrik kelapa Sawit (LCPKS) dari reaktor asidogenesis yang diumpankan 4 kali sehari, kemudian dilakukan analisa pH, alkalinitas, TS, VS, TSS, VSS, dan COD. Selain itu juga dilakukan analisa gas CO dan H S. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa pengadukan tidak

  2

  2

  berpengaruh terhadap nilai pH dan alkalinitas karena masih dalam rentang untuk proses metanogenesis.

  Nilai ΔTS dan ΔVS mengalami peningkatan secara

signifikan pada pengadukan 100 rpm, hal ini sama dengan peningkatan produksi

biogas pada pengadukan tersebut. Dari hasil juga didapat bahwa kadar TSS dan

  

VSS meningkat dengan bertambahnya kecepatan pengadukan, kemudian nilai

COD mengalami penurunan dengan bertambahnya hari dan kecepatan

pengadukan serta tingkat penguraian COD tertinggi sebesar 81%.

  Kata kunci : pengadukan, metanogenesis, LCPKS

  

ABSTRACT

This study is an assessment of the effect of stirring on biogas production on methanogenesis stage. The purpose of this study is to get the effect of stirring on biogas production, pH, alkalinity, and the reduction of organic substances (Total Solid (TS), Volatile Solid (VS), and Chemical Oxygen Demand (COD)), obtain optimum stirring conditions in the formation of biogas and microorganisms conditions in producing biogas as seen from the Total Suspended Solid (TSS) and Volatile Suspended Solid (VSS). This study conducted the process of loading up with HRT 0, 40, 10, 6 days and 4 days HRT for stirring variation. The substrate used is the Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) effluent from the asidogenesis reactor fed 4 times a day, then performed an analysis of pH, alkalinity, TS, VS, TSS, VSS, and COD. It also conducted an analysis of CO

  2 and H

  2 S. The result showed that the agitation did not affect the pH and alkalinity because it is still within the range for methanogenesis process. ΔTS and ΔVS value increased significantly at 100 rpm stirring, it is equal to the increase in biogas production in the agitation. From the results also found that the levels of TSS and VSS increased with increasing stirring speed, then the COD value decreased with increasing the stirring speed and the highest COD and decomposition rate of 81%.

  Key words: stirring, methanogenesis, LCPKS

DAFTAR ISI

  PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii

  PRAKATA iii

  DEDIKASI iv

  DAFTAR RIWAYAT HIDUP v

  ABSTRAK vi

  ABSTRACT vii

  DAFTAR ISI viii

  DAFTAR GAMBAR xi

  DAFTAR TABEL xiii

  DAFTAR LAMPIRAN xiv

  DAFTAR SINGKATAN xv

  DAFTAR ISTILAH/SIMBOL xvi

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Perumusan Masalah

  4

  1.3 Tujuan Penelitian

  5

  1.4 Manfaat Penelitian

  5

  1.5 Ruang Lingkup Penelitian

  5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  7

  7

2.1 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

  2.2 Biogas

  10

  2.3 Fermentasi Anaerobik

  14

  2.4 Tahapan Metabolisme dalam Degradasi Anaerobik

  16

  2.4.1 Hidrolisis

  16

  2.4.2 Asidogenesis

  17

  2.4.3 Asetogenesis

  19

  2.4.4 Metanogenesis

  19

  2.5 Parameter Fermentasi Anaerobik

  21

  2.5.1 Temperatur

  22

  2.5.2 pH

  23

  2.5.3 Alkalinitas

  23

  2.5.4 Nutrisi

  24

  2.5.5 Logam Terlarut

  24

  2.5.6 Pengadukan

  24

  2.5.7 Zat Racun (Toxic)

  27

  2.5.8 Organic Loading Rate (OLR)

  27

  2.5.9 Hydraulic Retention Time (HRT)

  27

  2.6 Potensi Ekonomi

  28 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  30

  3.1 Lokasi Penelitian

  30

  3.2 Bahan dan Peralatan

  30

  3.2.1 Bahan

  30

  3.2.2 Peralatan

  30

  3.2.3 Rangkaian Peralatan

  32

  3.3 Prosedur Penelitian

  33

  3.3.1 Prosedur Utama

  33

  3.3.2 Prosedur Analisa Sampel

  35

  3.3.2 Prosedur Analisa Gas

  44 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  32

  4.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

  47

  4.2 Perubahan Nilai Derajat Keasaman (pH) dan Alkalinitas

  48

  4.3 Perubahan Nilai Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS)

  50

  4.4 Perubahan Nilai Produksi Biogas

  53

  4.5 Perubahan Nilai Total Suspended Solid (TSS) dan Volatile

  Suspended Solid (VSS)

  55

  4.6 Penghilangan Senyawa Organik COD (Chemical Oxygen

  Demand)

  58 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  60

  5.1 Kesimpulan

  60

  5.2 Saran

  60 DAFTAR PUSTAKA

  61 LAMPIRAN 1

  66 LAMPIRAN 2

  69 LAMPIRAN 3

  73

  

DAFTAR GAMBAR

  2

  Suspended Solid (VSS)

  54 Gambar 4.10 Perubahan Nilai Total Suspended Solid (TSS) dan Volatile

  3 VS)

  54 Gambar 4.9 Pengaruh Pengadukan terhadap Produksi Biogas Per VS (kg/m

  3 VS)

  52 Gambar 4.8 Perubahan Nilai Produksi Biogas Per VS (kg/m

  Solid (VS)

  52 Gambar 4.7 Pengaruh Pengadukan terhadapPengurangan Nilai Volatile

  51 Gambar 4.6 Pengaruh Pengadukan terhadap Pengurangan Nilai Total Solid (TS)

  51 Gambar 4.5 Profil Pengurangan Nilai Volatile Solid (VS)

  50 Gambar 4.4 Profil Pengurangan Nilai Total Solid (TS)

  49 Gambar 4.3 Pengaruh Pengadukan terhadap Perubahan Nilai Alkalinitas

  49 Gambar 4.2 Pengaruh Pengadukan terhadap Perubahan Nilai pH

  46 Gambar 4.1 Profil Perubahan Nilai pH dan Alkalinitas

  45 Gambar 3.10 Flowchart Prosedur Analisa Gas CO

Gambar 2.1 Diagram Alir dari Proses Pembentukan Biogas

  2 S

  44 Gambar 3.9 Flowchart Prosedur Analisa Gas H

  43 Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Suspended Solid (VSS)

  40 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisa Total Suspended Solid (TSS)

  39 Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Solid (VS)

  37 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisa Total Solid (TS)

  35 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisa Alkalinitas

  34 Gambar 3.3 Flowchart Analisa pH

  32 Gambar 3.2 Blok Diagram Proses Metanogenesis dari Asam LCPKS Menjadi Biogas

  26 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan

  22 Gambar 2.4 Sketsa Tangki berpengaduk Jenis Turbin denganAliran Radial

  HRT

Gambar 2.3 Hubungan Nilai Biogas yang Bergantung pada Temperatur dan

  16 Gambar 2.2 Perbedaan Tipe dari Bakteri dalam Proses Pembentukan Metan 20

  56

Gambar 4.11 Pengaruh Pengadukan terhadap Perubahan Nilai Total Suspended

  Solid (TSS)

  56 Gambar 4.12 Pengaruh Pengadukan terhadap Perubahan Nilai Volatile

  Suspended Solid (VSS)

  57 Gambar 4.13 Pengaruh Pengadukan terhadap Perubahan Nilai Chemical Oxygen

  Demand (COD)

  58 Gambar 4.14 Perubahan Nilai Efisiensi Penguraian Zat Organik (%COD)

  59 Gambar L3.1 Fermentor

  73 Gambar L3.2 Analisa pH dan Alkalinitas

  73 Gambar L3.3 Analisa Analisa Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS)

  74 Gambar L3.4 Analisa Analisa Total Suspended Solid (TSS) dan Volatile

  Suspended Solid (VS)

  74 Gambar L3.5 Gasmeter

  75 Gambar L3.6 Analisa CO

  2

  75 Gambar L3.7 Analisa H

2 S 76

  

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Beberapa Penelitian mengenai Pengaruh Pengadukan terhadap

  Produksi Biogas

  3 Tabel 2.1 Karakteristik dari Palm Oil Mill Effluent (POME)

  7 Tabel 2.2 Potensi Biogas yang Dihasilkan oleh Beberapa Substrat

  8 Tabel 2.3 Baku Mutu Limbah Cair Industri Minyak Kelapa Sawit

  9 Tabel 2.4 Karakteristik LCPKS Adolina

  9 Tabel 2.5 Komponen Penyusun Biogas

  10 Tabel 2.6 Komponen-komponen dalam Biogas dan Pengaruhnya

  11 Tabel 2.7 Data Operasional dan Performance dari Design Reaktor Berpengaduk untuk Substrat yang Berbeda

  13 Tabel 2.8 Jenis Enzim dan Substrat yang Didegradasinya

  17 Tabel 2.9 Contoh Produk Fermentasi Glukosa

  18 Tabel 2.10 Jenis Bakteri Metanogen dan Sustrat yang Dimanfaatkannya

  19 Tabel 2.11 Hubungan Reaksi untuk Metanogenesis

  21 Tabel 2.12 Kondisi optimum Produksi Biogas

  21 Tabel 2.13 Hubungan Temperatur dan HRT

  22 Tabel 4.1 Karakteristik LCPKS Adolina

  48 Tabel L1.1 Data Variabel untuk Berbagai Variasi Pengadukan 66