BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SKALA PILOT PLANT

PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN

  PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SKALA PILOT PLANT SKRIPSI Oleh Juliananta Sitepu 080405060 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013

PENGARUH LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN

  PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SKALA PILOT PLANT SKRIPSI Oleh

  

Juliananta Sitepu

080405060

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 LAJU ALIR VOLUMETRIK UMPAN STATIC IN-LINE

  MIXER TERHADAP PERFORMANCE BIOREAKTOR PADA

PEMBUATAN BIOGAS DARI LIMBAH CAIR KELAPA SAWIT SKALA

PILOT PLANT

  yang dibuat untuk melengkapi 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, Agustus 2013 Juliananta Sitepu

  NIM 080405060 i

  Universitas Sumatera Utara

  

PRAKATA

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini

  Pengaruh Laju Alir Volumetrik Umpan Static

  merupakan Skripsi dengan judul “

  

In-Line Mixer Terhadap Performance Bioreaktor Pada Pembuatan Biogas Dari

Limbah Cair Kelapa Sawit Skala Pilot Plant

  ”, 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 dapat diaplikasikan dalam skala pabrik untuk mengurangi biaya pada penggunaan alat pencampur.

   Penelitian ini bermanfaat bagi lingkungan dalam pengolahan limbah cair kelapa sawit yang membahayakan biota air di lingkungan masyarakat  Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam jurnal yang berjudul “Pengaruh

  Distribusi Temperatur Umpan Masuk Static In-Line Mixer Terhadap

  

Performance Bioreaktor Pada Pembuatan Biogas Dari Limbah Cair Kelapa

  Sawit Skala Pilot Plant ” di Departemen Teknik Kimia. 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.

  Ir. Bambang Trisakti, M.Si selaku Dosen Pembimbing 2. Metawater Co. Ltd. – Jepang sebagai Penyandang Dana.

3. Mr. Yoshimasa Tomiuchi dari Metawater Co.Ltd.

  iii 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 Juliananta Sitepu iv

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1.

  Orang tua penulis, Bapak dan Mamak yang telah memberikan bantuan baik moril maupun materil bagi penulis.

  2. Saudari penulis, Ade floren sia br sitepu yang telah memberi semangat dan saran dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini.

  3. Rekan-rekan LPPM Comunity, Bang Zoeladi, Alfy, Dedy, Basril, Jhon Almer, Riki Handoko, ST, Elton J.M.S, ST, Febriansyah, ST, dan Vandi, ST.

  4. Teman Sejawat terutama stambuk 2008, adik dan abang/kakak senior Teknik Kimia yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. v

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama: Juliananta Sitepu NIM: 080405060 Tempat / Tanggal Lahir: Turangi / 27 Juli 1990 Nama Orang Tua: Paruliaan Batin Sitepu Alamat Orang Tua: Lingk

  VII BANTEN P.KUALA,Kec Kuala

  Asal Sekolah  SD Methodist Kuala Tahun 1996 – 2002  SMP Negeri 1 Kuala 2002 – 2005  SMA Negeri 1 Kuala Tahun 2005 – 2008 Pengalaman Organisasi / Kerja 1.

  HIMATEK FT-USU periode 2011 – 2012 sebagai Angoota Bidang Sosial & Rohani vi

  ABSTRAK Potensi Indonesia sebagai negara produsen CPO terbesar kedua didunia sangatlah menjanjikan dalam industri biogas. Hal ini disebabkan potensi dari POME (Palm Oil Mill Effulent)yang merupakan limbah cair dari kolam fat fit yang dapat di diproduksi menjadi biogas. Produksi biogas pada kondisi thermofilik anaerobik dengan recyle 34% dilakukan dalam empat tangki utama yaitu tangki preparasi,tangki pencampur(mencampur POME keluaran tangki preparasi dengan recyle), bioreaktor dan tangki pengendapan(gravity thickner). Tanki pencampur biasanya terdiri dari satu buah tangki besar dan motor pengaduk serta agitator. Dimana untuk setiap kapasitas yang diolah tentu membutuhkan ukuran tangki, jenis motor dan agitator yang sedikit berbeda. Hal ini sedikit kurang efisien jika ditinjau dari sisi proses, dimana proses itu sendiri harus bersifat lunak terhadap kapasitas . Penelitiaan ini bertujuan menggantikan peranan mixing tank dengan static in line mixing dan dilihat pengaruhnya pada peformance bioreaktor dan produksi biogas. Pengujian yang dilakukan adalah analisa TS dan VS, pH dan M-Alkalinity, dan COD serta mengukur produksi biogas yang terbentuk. Penilaian kualitas pencampuran dari parameter ts(total solid) & vs(volatil solid) dimana hasil keluaran static inline mixer dan mixing tank dibandingkan dengan nilai teoritisnya (regresi). Hasil yang didapat dari perbandingan tersebut dinilai dengan R (keakuratan regresi 0,9-1 ) a.(0,978), b.(0,976), c.(0,992), d.(0,989).

  Kata Kunci : POME, static in-line mixer, biogas, TS, VS vii

  ABSTRACT Indonesia as the second country for production CPO in the world is very potesially in biogas industry. Something make it very potensial is POME (Palm Oil Effulent).POME is the most important in biogas because it can be change to biogas. Production biogas is in thermofilik anaerob with recyle sludge 34% through in four tank . They are pretreatment tank, mixing tank, bioreactor, and gravity thickner.The mixing tank is a tank with motor (machine), impeller and any baffle. For the diffrent capacity production, the old specification of mixing tank can be change actually the size of tank. For this reason is very important to change mixing tank with a specifik agitator what can fill or answer this problem. The agitator may answer the problem is a static in line mixer.The research focusses on the capacity of static in line mixing to mix POME from pretreatment tank with the recyle sludge from gravity thickner and see this mixing effect to peformance bioreactor and production biogas.The parameter of the research are TS & VS, ph,and M-alkalinity, COD. The quality of mixing could be described with plot between the data (ts &vs) from mix tank or static in line mixing with a theoritical data ( take from regresion). R (accurate of regrsion) are accepted with scale1(0.9-1), and the result are a.(0,978), b.(0,976), c.(0,992), d.(0,989). The value is good.

  Keywords : POME, static in-line mixer, biogas, TS, VS viii

DAFTAR ISI

  8

  5

  2.1 PERKEBUNAN KELAPA SAWIT

  5

  2.2 LIMBAH PABRIK KELAPA SAWIT

  7

  2.3 PALM OIL MILL EFFLUENT (POME)

  8

  2.3.1 SPESIFIKASI PALM OIL MILL EFFLUENT

  2.3.2 PENGOLAHAN PALM OIL MILL EFFLUENT

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  9

  2.4 ALTERNATIF KONVERSI POME MENJADI BIOGAS

  10

  2.5 MEKANISME PEMBENTUKAN BIOGAS

  11

  2.6 PARAMETER FERMENTASI

  12

  2.7 FERMENTASI ANAEROBIK

  14

  4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  

ix

  Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii

  DAFTAR LAMPIRAN xv

  PRAKATA iii

  DEDIKASI v

  RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

  ABSTRAK vii

  ABSTRACT viii

  DAFTAR ISI ix

  DAFTAR GAMBAR xii

  DAFTAR TABEL xiv

  DAFTAR SINGKATAN xvi

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  DAFTAR SIMBOL xvii

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1.1 LATAR BELAKANG

  1

  1.2 PERUMUSAN MASALAH

  3

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  3

  3

  2.8 NILAI POTENSIAL BIOGAS

  15

  2.9 BERBAGAI PENELITIAN FERMENTASI POME MENJADI BIOGAS YANG TELAH DILAKUKAN

  15

  2.10 FERMENTASI POME DENGAN RECYCLE SLUDGE 19

  2.11 MIXING TANK

  21

  2.12 STATIC MIXER

  23

  2.13 STATIC IN-LINE MIXER DALAM PENELITIAN

  23

  2.14 BERBAGAI PENELITIAN YANG MENGGUNAKAN STATIC MIXER

  31

  2.15 STUDI PILOT PLANT

  32

  2.16 ANALISA EKONOMI

  33 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  35

  3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN

  35

  3.2 BAHAN

  35

  3.2.1 BAHAN UTAMA

  35

  3.2.2 BAHAN ANALISA

  35

  3.3 PERALATAN

  35

  3.3.1 PERALATAN UTAMA

  35

  3.3.1.1 TANGKI UMPAN

  35

  3.3.1.2 BIOREAKTOR

  37

  3.3.1.3 STATIC IN-LINE MIXER

  38

  3.3.1.4 TANGKI PENGENDAP

  39

  3.3.1.5 TANGKI PENANGKAP BIOGAS

  41

  3.3.1.6 KOMPRESR DAN TANGKI BERTEKANAN TINGGI

  42

  3.3.1.7 GAS METER

  43

  3.3.1.8 CONTROL PANEL

  43

  3.3.2 PERALATAN ANALISA

  44

  3.4 TAHAPAN PENELITIAN

  44

  3.4.1 PROSEDUR PENGAMBILAN SAMPEL

  44

  3.4.2 PROSEDUR PEMBUATAN METAL SOLUTION

  44

  3.4.3 PREPARASI UMPAN

  45

  x

  3.4.4 LOADING UP DAN OPERASI TARGET

  45

  3.4.5 PENGUJIAN SAMPEL

  45 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  48

  4.1 PENGARUH PENGGUNAAN STATIC INLINE MIXER TERHADAP TS DAN VS

  48

  4.2 PERFORMANCE BIOREAKTOR BERDASARKAN NILAI TS & VS

  51

  4.3 PRODUKSI BIOGAS

  53

  4.4 ALKALINITAS DAN DERAJAT KEASAMAN (pH) BIOREAKTOR

  54

  4.5 PENGARUH PERUBAHAN COD TERHADAP PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER

  56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  57

  5.1 KESIMPULAN

  57

  5.2 SARAN

  58 DAFTAR PUSTAKA

  59 LAMPIRAN A

  62 LAMPIRAN B

  68

  

xi xii

DAFTAR GAMBAR

  Halaman

  27 Gambar 2.14 Grafik Bilangan Reynold Vs CoV

  43 Gambar 3.8 Control Panel

  42 Gambar 3.7 Gas Meter

  41 Gambar 3.6 Kompresor dan Tangki Bertekanan Tinggi

  40 Gambar 3.5 Tangki Penangkap Biogas

  39 Gambar 3.4 Tangki Pengendap

  38 Gambar 3.3 Static In-Line Mixer Selesai Pabrikasi

  36 Gambar 3.2 Tangki Bioreaktor

  32 Gambar 3.1 Tangki Umpan

  31 Gambar 2.18 Langkah-langkah Pengembangan Scale Up

  30 Gambar 2.17 Skema Penelitian Visualisasi Tri-Helical Static Mixer

  28 Gambar 2.16 Bentuk dari SSC, YNU dan YMX (Atas ke Bawah)

  27 Gambar 2.15 Kesimpulan

  26 Gambar 2.13 Faktor Friksi Vs Angka Reynold pada Variasi Nilai c/D

Gambar 2.1 Blok Diagram Pengolahan TBS Menjadi CPO

  26 Gambar 2.12 Faktor Friksi Vs Angka Reynold

  26 Gambar 2.11 Pola Aliran c/D = 0,3

  25 Gambar 2.10 Pola Aliran c/D = 0,5

  25 Gambar 2.9 Pola Aliran c/D = 0,7

  Kiri ke Kanan

Gambar 2.8 Pola Aliran untuk Nilai Reynold 100, c/D = 0,5, Aliran dariGambar 2.7 Pola Aliran untuk Nilai Reynold 110 Aliran dari Kiri ke Kanan 25

  24 Gambar 2.6 Skema Static In-Line Mixer yang Sesuai dengan Kelenjar Kista 24

  23 Gambar 2.5 Rancangan Static In-Line Mixer dalam Penelitian

  19 Gambar 2.4 Jenis Pola Aliran pada Static Mixer

  10 Gambar 2.3 Sketsa neraca massa Fermentasi POME dengan Recycle Sludge

  7 Gambar 2.2 POME dari PKS PTPN IV Adolina

  43

Gambar 4.1 Grafik perbandingan kualitas pencampuran antara

  Static inline mixer dengan Mixing tank berdasarkan perubahan nilai TS & VS

  48 Gambar 4.2 Grafik pengaruh penggantian Static inline mixer terhadap perubahan nilai TS & Vs Fermentor

  51 Gambar 4.3 Grafik pengaruh penggantian Static inline mixer terhadap laju alir produksi biogas

  53 Gambar 4.4 Grafik pengaruh pengantian static in line mixer terhadap nilai alkalinitas dan derajat keasaman (pH) fermentor

  54 Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Perubahan COD terhadap Penggunaan Static In-Line Mixer

  56 Gambar B.1 Penentuaan data regresi

  68

  

xiii

  

xiv

DAFTAR TABEL

  36 Tabel 3.2 Spesifikasi Bioreaktor

  65 Tabel A.5 Kadar TS dan VS Bioreaktor

  64 Tabel A.4 Laju Produksi Biogas

  63 Tabel A.3 M-Alkalinity dan pH Bioreaktor

  62 Tabel A.2 Tabel A.1 Data Kadar TS dari Feed Tank, Gravity Thickener dan Static In-Line Mixer

  42 Tabel A.1 Data Kadar TS dari Feed Tank, Gravity Thickener dan Static In-Line Mixer

  41 Tabel 3.6 Kompresor dan Tangki Bertekanan Tinggi

  39 Tabel 3.5 Spesifikasi Tangki Penangkap Biogas

  38 Tabel 3.4 Spesifikasi Tangki Pengendapan

  37 Tabel 3.3 Spesifikasi Static In-Line Mixer

  34 Tabel 3.1 Spesifikasi Tangki Umpan

  Halaman

  33 Tabel 2.10 Spesifikasi Pembuatan dan Biaya Static In-Line Mixer

  17 Tabel 2.9 Spesifikasi Pembuatan dan Biaya Static In-Line Mixer

  15 Tabel 2.8 Berbagai Penelitian fermentasi POME menjadi Biogas yang telah dilakukan

  14 Tabel 2.7 Kesetaraan biogas dengan sumber lain

  12 Tabel 2.6 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik

  11 Tabel 2.5 Kondisi Optimum Produksi Biogas

  8 Tabel 2.4 Komposisi Biogas

  6 Tabel 2.3 Karakteristik POME dari Sampel Adolina

  5 Tabel 2.2 Volume dan Nilai Ekspor Kelapa Sawit Tahun 2006-2010

Tabel 2.1 Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit 2006-2011

  66

DAFTAR LAMPIRAN

  xv

  Halaman LAMPIRAN A DATA HASIL PERCOBAAN

  62 A.1 DATA TS DAN VS PILOT PLANT UNTUK PENGGUNAAN STATIC IN-LINE MIXER

  62 A.2 DATA PARAMETER PENGUKURAN PADA PILOT PLANT BIOGAS

  64 LAMPIRAN B CONTOH HASIL PERHITUNGAN

  68 B.1 NILAI REGRESI

  68 B.2 PERHITUNGAN KADAR TOTAL SOLID (TS)

  69 B.3 PERHITUNGAN KADAR VOLATIL SOLID (VS)

  69 B.4 PERHITUNGAN BILANGAN REYNOLD TANGKI BERPENGADUK

  70

DAFTAR SINGKATAN

  

xvi

  POME Palm Oil Mill Effluent CPO Crude Palm Oil TKKS Tandan Kosong Kelapa Sawit TBS Tandan Buah Segar HRT Hydraulic Retention Time TS Total Solid

  VS Volatil Solid PKS Pabrik Kelapa Sawit PTPN Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara BOD Biochemical Oxygen Demand COD Chemical Oxygen Demand pH Power of Hydrogen SIM Static in Line Mixer MT Mixing Tank xvii DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi

  Ha Luas areal suatu perkebunan NH

  CO Karbon monoksida H

  Kecepatan putaran Rpm Vol Volume Liter R Regresi

  Fe Besi Ni Nikel Co Cobalt 

  Bilangan Reynold SSC Bentuk static in-line mixer YNU Bentuk static in-line mixer YMX Bentuk static in-line mixer L/D Panjang per diameter C/N Rasio karbon per nitrogen HCl Asam klorida NaHCO

  e

  NR

  2 O Air

  2 Oksigen

  4 -N Amonium mg/L

  O

  2 S Hidrogen sulfida

  H

  2 Karbon dioksida

  CO

  4 Metana L/hari

  VFA Asam lemak yang menguap mg/L n-Hex Normal Heksana mg/L C Karbon % H Hidrogen % N Nitrogen % S Belerang % P Posfor % CH

3 Natrium bikarbonat

• 1
• 1

  xviii

  T Temperatur C Q Panas KJ m Massa Kg Cp Kapasitas panas (KJ.Kg

  . C

  )