Kajian Awal Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) Skala Pilot Dari Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)

  Results of plagiarism analysis from 2017-12-07 09:02 UTC

  9 ..6%

  2 9. Paper 2 . Paper Rahmat. do ahmat. do c Date: 2017-12-07 08:48 UTC _

  [5] _{5 .0 .0% 13 matches} 

  [7] _{3. 3.1% 5 matches} 

  [8] _{2.0% 2.0 5 matches} 

  [9] _{1 ..1% 4 matches} 

  [10] _{1 ..1% 3 matches} 

  [11] _{0.5% 0. 2 matches} 

  [12] _{0.3 0.3% 1 matches} 

  [13] _{0.3% 0.3 1 matches} 

  [14] _{0.3 0.3% 1 matches} 

  [15] _{0.3% 0.3 1 matches} 

  [16] _{0.3% 0.3 1 matches} 

  [17] _{0.2 0.2% 1 matches}

  1 0 pages, 20 58 wor ds 0 pages, 20 8 wor ds Plag Level Plag evel : sele sele cted / ted / over all over all

  54 matches from 18 sources, of which 8 are online sources. Settings Settings _{c c c c c z c z} Data policy: _c Compare with web sour es, Che k against my do uments, Che k against my do uments in the organi ation repository, Che k against organi ation repository, Che k against the Plagiarism Prevention Pool

  Sensitivity: M edium _x

  Bibliography: Consider te t _{c L}

  Citation detection: R edu e Plag evel Whitelist: --

  [8] KAJIAN AWAL PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA BIOGAS (PLTBg) SKALA PILOT DARI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS )

  Irvan*, Rahmat Mulyadi Nainggolan** dan Bambang Trisakti* Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik , U SU *

• **Program MagisterTeknik Kimia, Fakultas Teknik, USU

  [8] email : rahmat_mulyadi@rocketmail. com ABSTRAK

  

Pembangkit listrik tenaga biogas skala pilot dari limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS ) telah

dibangun dan dikembangkan dalam beberapa tahun terakhir ini di Universitas Sumatera Utara .

  Biogas dihasilkan dengan melakukan proses fermentasi terhadap LCPKS menggunakan methanobacteria didalam fermentor yang memiliki volume 3000 liter. Fermentor yang digunakan adalah reaktor jenis Continuous Strirred Tank Reactor (CSTR) yang dilengkapi dengan pemanas listrik, insulator dan baffle. Pada suhu 55 C (termofilik), kecepatan pengadukan 25 rpm dan

  3

  hydraulic retention time (HRT) 25 hari diperoleh biogas sebanyakn 4 m /hari. Tekanan biogas sebesar 8 bar didalam tangki resor dapat menghidupkan generator selama 30 menit.

  [8]

  Kata Kunci : biogas, limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS ), pilot plant, termofilik

  [5]

  1. PENGANTAR

Indonesia merupakan produsen minyak kelapa sawit ( crude palm oil , CPO) terbesar di dunia ,

dengan luas areal perkebunan kelapa sada 2010 diperkirakan sebesar 7 juta hektar (Dinas

  [ 5 ]

Pertanian, 2010). Besarnya produksi CPO ini juga diikuti dengan besarnya produksi limbah cair

pabrik kelapa sawit (LCPKS). Produksi LCPKS diperkirakan ± 30 juta ton per tahun dan saat ini

  kebanyakan PKS masih mengolah LCPKS menggunakan sistem open lagoon sebelum dibuang ke lingkungan, yang selain memerlukan lahan luas, menimbulkan bau, dan juga melepaskan gas rumah kaca (Igwe dan Onyegbado, 2007 ).

  Pemanfaatan LCPKS dengan menkonversinya menjadi biogas telah bayak dilakukan, bahkan telah diaplikasikan pada beberapa PKS di Malaysia dan Indonesia oleh Novaviro Sdn Bhd, Malaysia. Akan tetapi proses Novaviro masih memerlukan waktu tinggal (HRT) yang relatif lama yakni 18 hari sehingga untuk aplikasinya diperlukan investasi tinggi (Tong, S.L dan Jaafar A.B., 2004).

  [10]

  Irvan dkk. (2010) telah berhasil melakukan konversi LCPKS menjadi biogas dengan ,

  

bantuan mikroba anaerob pada suatu reaktor kontinu berpengaduk ( continuous stirred tank

o

reactor, CSTR) berkapasitas 2 liter pada suhu 55 C (termofilik), sistem tertutup, dan pemasukan

umpan secara intermitten. Irvan dkk melaporkan bahwa konversi LCPKS menjadi biogas dapat

dilakukan pada HRT 6 hari dengan kuantitas dan kualitas biogas serupa dengan proses Novaviro.

  Pengurangan HRT ini akan mengurangi kapasitas fermentor dan tentunya juga akan mengurangi investasi untuk aplikasinya (Irvan et. al., 2010).

  Pada artikel ini akan dilaporkan konversi LCPKS menjadi biogas yang telah berhasil dilaksanakan pada skala laboratorium (kapasitas fermentor 2 liter) menjadi skala pilot yakni

  [5]

  dengan kapasitas fermentor 3000 liter. Selanjutnya biogas yang dihasilkan digunakan sebagai

  

bahan bakar unit pembangkit listrik . Laporan ini meliputi kegiatan kalibrasi pada peralatan-

  peralatan utama proses, mengatasi faktor-faktor pengganggu proses, mendapatkan data pengaruh peningkatan umpan ( looding rate ) terhadap produksi biogas, dan mendapatkan karakteristik keluaran cair ( effluent ) fermentor.

  [8]

  2. BAHAN DAN METODE

  Bahan yang digunakan adalah LCPKS yang berasal dari PKS Rambutan PTPN

  III . Bahan

  tambahan adNaHCO

  3 dan larutan logam tapak ( trace metals) FeCl 2 , NiCl.6H

  2 O dan [7]

  CoCl

  2 .6H

  2 O. Penambahan NaHCO 3 adalah untuk mempertahankan pH pada 6 ,8-7, 2 dan kandungan M-

  2 adalah sebagai peminimum Alkalinity ≥ 3000 mg/l. Sedangkan penambahan FeCl

  produksi H

  

2 O dan CoCl

2 .6H

  2 O diperlukan untuk metabolisme mikroba anaerob.

  Percobaan dilaksanakan pada suatu Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBG) yang

  [5]

  secara skematik disajikan pada Gambar 1. Pilot plant terdiri dari dua unit utama yaitu unit

  

produksi biogas (UPB) dan unit pembangkit listrik (UPL ). UPB adalah unit yang mengrsi

[5]

  campuran LCPKS menjadi biogas. Sedangkan UPL adalah unit yang mengkonversi biogas

  

menjadi listrik . UPB terdiri dari beberapa alat utama yakni tangki umpan berkapasitas 1000 liter

  yang dilengkapi dengan pengaduk, fermentor berkapasitas 3000 liter yang dilengkapi dengan pengaduk dan pemanas, tangki penangkap biogas yang dilengkapi dengan balon karet

  (dua) yang masing-masingnya berkapasitas maksimum 12 kW. UPL terdiri dari dua alat utama yaitu engine penggerak dan generator (dinamo). Engine penggerak yang digunakan adalah engine eks mobil Daihatsu Taruna/Espass/Feroza. Aslinya engine penggerak adalah berbahan bakar premium ( gasoline engine ) yang dimodifikasi sehingga dapat menggunakan biogas sebagai bahan bakar. Sedangkan generator listrik (dinamo) adalah motor 3 phase yang berkapasitas 12 kWh.

  Kalibrasi yang dilakukan adalah kalibrasi tangki umpan dan mendapatkan profil penurunan suhu fermentor. Kabrasi tangki umpan dilaksanakan dengan melakukan serangkaian percobaan pemompaan dengan memvariasikan waktu pemompaan. Volume LCPKS yang dipompakan pada selang waktu tertentu diukur dengan menggunakan gelas ukur. Profil penurunan suhu fermentor diperoleh dengan melakukan pengukuran penurunan suhu fermentor jika heater (pemanas) dimatikan pada setiap selang waktu tertentu.

  Gambar 1. Skematik peralatan penelitian PLTBg skala pilot Pembebanan ( looding up ) dilakukan dengan berpedoman pada peningkatan produksi biogas yang diukur dengan menggunakan gas meter. Jika produksi biogas meningkat sebanyak

  20% maka pembebanan dinaikkan sebanyak 20% pula hingga HRT menjadi 25 hari. Konsentrasi H

  2 S dan CO 2 yang dikandung biogas, diukur dengan menggunakan injektor penghisap gas

  (GASTEC, tipe GV -100S) dan inspection tube (GASTEC, 25 1600 ppm). Produksi biogas dan

  ～ o

  [13]

  6.5-7. 8, M-

  3 banyak 2 se . 5 g/l LCPKS, alkalinity dijaga ≥ 3000 mg/l dengan penambahan NaHCO dan HRT adalah 25 hari.

  Karakteristik effluent ditentukan dengan mengukur penurunan konsentrasi total solids (TS) yang diukur dengan menimbang sampel yang telah dikeringkan di dalam oven pada suhu

  o

  110 C selama 4 jam, dan penurunan volatile solids (VS) yang diukur dengan menimbang sampel

  o kering yang telah dipanaskan di dalam furnace pada suhu 700 C selama 2.5 jam.

  Temperatur dan pH diukur dengan menggunakan thermocouple dan pH probe yang dihubungkan dan dikumpulkan pada Data Logger . Selain itu diukur pula komposisi BOD, COD,

  VFA, ash , dan NH4-N dari keluaran cair ( effluent ) fermentor.

  3. HASIL DAN PEMBAHASAN

  3.1. Kalibrasi Pompa dan Kurva Penurunan Suhu Fermentor Kalibrasi pompa dilaksanakan untuk mengetahui volume LCPKS yang dialirkan ke dalam fermentor per satuan waktu. Kurva perubahan volume LCPKS pada setiap waktu, yang

  [5]

selanjutnya disebut dengan “kurva kalibrasi pompa umpan” , disajikan pada Gambar 2 . Pada

penelitian ini, HRT target adalah 25 hari dengan pengumpanan dilakukan 2 kali setiap harinya.

  Setiap hari diperlukan LCPKS sebanyak 120 liter dengan setiap pengumpanan adalah 60 liter.

  Berdasarkan “kurva kalibrasi pompa umpan” diperoleh waktu yang diperlukan adalah 8 detik.

  Gambar 2. Kurva Kalibrasi Pompa Umpan

  Profil penurunan suhu fermentor sebenarya adalah kemampuan insulator fermentor untuk mempertahankan suhu fermentor. Suhu minimum agar mikroba termofilik dapat bertahan hidup

  o

  adalah 52

  C, sehingga diperlukan insulator yang dapat mempertahankan suhu fermentor walaupun pemanas tidak bekerja selama ± 4 jam.

  Gambar 3. Kurva Penurunan Suhu Fermentor Kurva penurunan suhu fermentor terhadap waktu disajikan pada Gambar 3. Kurva cenderung linier sehingga dapat diperkirakan apabila terjadi pemadaman listrik PLN yang

  o

  biasanya maksimal selama 4 jam, suhu fermentor minimal adalah 52,6 C.

  3.2. Kendala dan Penanganannya Pada saat persiapan ( commisioning ) dijumpai beberapa kendala yang dapat menghentikan proses, diantaranya adalah pemanas mengalami : over heating , LCPKS mengandung padatan keras, dan kebocoran gas, baik pada fermentor maupun perpipaan gas setelah fermentor.

  Over heating pada pemanas biasanya disebabkan oleh penumpukan endapan pada bagian bawah fermentor. Setelah dievaluasi ternyata hal ini disebabkan oleh kesalahan desain bilah pengaduk. Perbaikan yang dilakukan ialah dengan memperbaiki kemiringan bilah pengaduk dan pembuatan man hole pada bagian dinding bawah fermentor yang sebelumnya hanya dibuat dibagian atas fermentor saja.

  Keberadaan padatan keras pada LCPKS seperti cangkang, serat, dan pasir dapat

  penyaringan ketika dipompakan ke tangki umpan atau ketika pengambilan LCPKS, selang masukan pompa dijaga tetap ditengah kedalaman fat pit agar padatan keras tidak terikut.

  Kebocoran biasanya terjadi pada sambungan perpipaan baik sambungan pipa dengan tangki, katup-katup, ataupun dengan elbow atau tee . Biasanya kebocoran diakibatkan oleh pengelasan yang kurang baik, pemasangan gasket yang kurang baik, ataupun penguncian mur- baut yang kurang ketat. Indentifikasi kebocoran dilakukan dengan menggunakan air sabun yang dioleskan ke seluruh sambungan tangki bagian atas dan pada seluruh sambungan perpipaan gas, dimana tekanan fermentor dinaikkan terlebih dahulu dengan mengalirkan udara kedalamnya dengan menggunakan kompresor. Setelah kebocoran teridentifikasi kemudian dilakukan pengelasan, penggantian gasket, atau pengetatan mur-baut pada sambungan.

  3.3. Loading Rate HRT, Laju Produksi Biogas, dan Karakteristiknya Effluent Loading rate HRT adalah istilah yang digunakan untuk mengetahui laju pengumpanan LCPKS ke dalam fermentor hingga diperoleh HRT target yakni 25 hari. Kurva pengaruh waktu terhadap laju pengumpanan yang dihasilkan dari penelitian ini disajikan pada Gambar 4.

  Hari ke - 97 Gambar 4. Kurva Loading rate HRT

  Pada Gambar 4 terlihat bahwa laju pengumpanan dimulai dari HRT 3000 hari, yang artinya pada hari pertama fermentasi hanya diumpankan 1 liter LCPKS ke fermentor. Selanjutnya laju pengumpanan ditingkatkan seiring dengan peningkatan produksi biogas. HRT 25 hari dicapai pada hari ke-19. Pada hari ke-97 proses terhenti karena pemanas pada fermentor rusak akibat over heating. Setelah dilakukan perbaikan proses dimulai kembali pada hari ke-102 tetapi , dengan HRT 60 hari. Waktu yang diperlukan untuk kembali ke HRT 25 hari hanyalah beberapa hari saja, ini disebabkan masih banyak mikroorganisme dalam fermentor yang hidup.

  Kurva laju produksi biogas terhadap waktu selama masa fermentasi disajikan pada Gambar 5. Pada awal proses yakni dari hari ke-1 sampai hari ke-30, jumlah biogas relatif terus meningkat. Setelah jumlah umpan semakin besar yakni dari hari ke-31 sampai hari ke-75, jumlah biogas mengalami fluktuasi, ini disebabkan mikroba di dalam fermentor memerlukan waktu yang lebih lama untuk beradaptasi dengan kondisi umpan yang semakin banyak. Setelah mikroba mampu beradaptasi yakni dari hari ke-76 sampai hari ke-90, jumlah biogas meningkat kembali. Pada hari ke-97 proses fermentasi terhenti akibat pemanas rusak, dan setelah diperbaiki proses

  3

  dilanjutkan. Produksi biogas rata-rata yang dihasilkan pada HRT 25 ini adalah ± 3 m /hari atau sekitar 25 liter biogas dihasilkan per 1 liter LCPKS yang diumpankan.

  Gambar 5. Kurva laju produksi biogas terhadap waktu

  Karakteristik keluaran cair ( effluent ) fermentor ditentukan dengan mengukur perubahan kandungan TS dan VS baik pada LCPKS (umpan) segar maupun pada effluent . Kurva perubahan TS terhadap waktu disajikan pada Gambar 6 sedangkan kurva perubahan VS disajikan pada Gambar 7.

  Gambar 6. Kurva perubahan kandungan TS terhadap waktu Gambar 6 dan 7 menunjukkan bahwa kecenderungan perubahan kandungan TS dan VS baik di dalam LCPKS maupun effluent adalah mirip. Kandungan TS dan VS di dalam LCPKS adalah tinggi pada saat LCPKS baru di ambil, akan tetapi seiiring berjalannya hari, baik kandungan TS dan VS dari LCPKS mengalami penurunan. Hal ini adalah akibat pada saat penyimpanan LCPKS, proses fermentasi tetap terjadi walaupun lambat. Sedangkan kandungan TS dan VS daripada effluent adalah relatif tetap pada kisaran 10.000 mg/l.

  [7]

  Gambar 7. Kurva perubahan kandungan VS terhadap waktu

  Ujicoba Unit Pembangkit Listrik

Biogas dengan volume 250 liter bertekanan 8 bar di dalam kompresor dapat digunakan untuk

menghidupkan mesin sekaligus menggerakkan generator selama 30 man menghasilkan

  [7]

listrik sebesar 500 Ampere . Energi listrik yang dihasilkan telah berhasil dicoba untuk

menyalakan lampu .

  4. KESIMPULAN Beberapa kesimpulan penting yang diperoleh dari penelitian ini diberikan pada butir-butir berikut:

  1. Waktu yang diperlukan untuk sekali pengumpanan sebanyak 60 liter adalah 8 detik.

  o

  2. Penurunan suhu fermentor jika pemanas mati adalah 0.6 C per jam. Sehingga walaupun

  o o

  listrik mati selama 4 jam suhu fermentor turun dari 55 C menjadi 52.6

  C. Suhu fermentor ini

  o

  masih di atas suhu hidup mikroba termofilik yakni 52 C.

  3. Proses loading up dimulai dari HRT 3000 hari hingga mencapai HRT 25 hari memerlukan waktu selama 19 hari. Sedangkan jika proses fermentasi terhenti akibat kerusakan ataupun overhaul, proses loading up diulangi lagi mulai dari HRT 60 hari dan biasanya untuk mencapai HRT 25 hanya memerlukan waktu 3-4 hari saja.

  3

  4. Pada HRT 25 gas yang dihasilkan sebesar ± 3 m /hari atau dihasilkan 25 liter biogas per 1 liter LCPKS yang diumpankan.

  5. Kandungan TS dan VS daripada LCPKS dan effluent fermentor memiliki kecenderungan yang mirip. Kandungan TS dan VS untuk effluent rata-rata adalah relatif tetap pada kisaran 000 mg/l.

  [7]

  6. Biogas dengan volume 250 liter bertekanan 8 bar dapat menghidupkan mesin dan menggerak generator dan membangkitkan listrik selama 30 menit .

  DAFTSTAKA

  [5] [5]

  1. Dinas Pertanian, Direktorat Jenderal Perkebunan , 2010. Statistik Perkebunan Indonesia, apa Sawit ( Oil Palm ).

  [5] [5] [5]

  2. Igwe JC dan Onyegbado CC . 2007. A review of POME Water Treatment . Global Journal of Environmental Research 1 (2 ): 54-62.

  [12]

  3. Tong, S.L., dan Jaafar, A.B., 2004. Waste to Energy: Methane Recovery from Anaerobic Digestion of Palm Oil Mill Effluent . Energy Smart. Ptm. Malaysia Energy Centre.

  February 2004. Issue 0014.

  4. Irvan, et.al. 2010. Research of Methane Fermentation Technology Using Palm Oil Mill

  th Effluent (POME). The 44 Annual Conference of Japan Society on Water Environment.

  Fukuoka, Japan.