Pengaruh Penambahan Trace Metal (Ni,Co) Terhadap Pembuatan Biogas dari Sampah Organik dan Kotoran Sapi
PENGARUH PENAMBAHAN TRACE METAL (Ni,Co)
TERHADAP PEMBUATAN BIOGAS DARI SAMPAH
ORGANIK DAN KOTORAN SAPI
SKRIPSI
Oleh
CHRISTIN NATALIA SIAHAAN
120405095
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FEBRUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN TRACE METAL (Ni,Co)
TERHADAP PEMBUATAN BIOGAS DARI SAMPAH
ORGANIK DAN KOTORAN SAPI
SKRIPSI
Oleh
CHRISTIN NATALIA SIAHAAN
120405095
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FEBRUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH PENAMBAHAN TRACE METAL (NI,CO) TERHADAP
PEMBUATAN BIOGAS DARI SAMPAH ORGANIK DAN KOTORAN SAPI
yang dibuat untuk melengkapi sebagian 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 untk mendapatkan gelar kesarjanaan di
lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi
manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana
mestinya.
Medan, Januari 2017
Christin Natalia Siahaan
NIM. 120405095
i
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala
rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini
merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan Trace Metal (Ni,Co)
terhadap Pembuatan Biogas dari Sampah Organik dan Kotoran Sapi” berdasarkan
hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik
Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
sarjana teknik.
Adapun hal yang dapat diberikan dari hasil penelitian ini adalah membantu
pengolahan sampah organik dan kotoran sapi yang dapat dijadikan sebagai sumber
energi alternatif yaitu biogas dengan menambahkan trace metal dalam proses
fermentasinya.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Dr.Ir. Fatimah, M.T.selaku dosen pembimbing
2. Ir. RenitaManurung, M.T.selaku koordinator skripsi
3. Dr. Eng. Irvan, M.Si selaku dosen penguji I atas kritik dan saran yang telah
diberikan.
4. Dr. Amir Husin, S.T, M.T. selaku dosen penguji II atas kritik dan saran
yang telah diberikan.
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, Februari 2017
Penulis
Christin Natalia Siahaan
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
Ayah dan Ibu tercinta:
Bapak Atur Siahaan dan Ibu Megawati Sihombing
Saudara/i kandung saya:
Laura Uli Siahaan
Roki Agust Parlindungan Siahaan
Theresia Maria Margret Siahaan
Winnee Hana Siahaan
Amos Siahaan
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan
mendukung dengan penuh kesabaran dan kasih sayang serta saudara
kandung saya yang terus memberikan semangat dan dukungan dalam
doa dalam pengerjaan skripsi ini.
Terima kasih buat ayah dan ibu serta saudara/i yang tiada hentinya
memberikan perhatian kepada saya selama ini.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Christin Natalia Siahaan
Nim : 120405095
Tempat/ tgl lahir : Pangururan, 7 Desember 1993
Nama orang tua : Atur Siahaan
Alamat orang tua :
Jl. Gereja HKBP Hinalang Silalahi, Balige
Asal sekolah
•
SD N.1 173737 Pangururan (2001-2006)
•
SMP Sw. Budhi Dharma Balige (2006 – 2009)
•
SMA N.2 Soposurung Balige (2009 – 2012)
Prestasi yang pernah dicapai:
Finalis dalam Kompetisi “Call For Paper” FORUM NASIONAL
NANOTEKNOLOGI 2016
Pengalaman organisasi/persekutuan :
•
•
•
UKM KMK USU UP Fakultas Teknik sebagai AKK (Anggota
Kelompok Kecil) tahun 2013-2017
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai Anggota Kaderisasi dan Pendidikan
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2015/2016 sebagai Anggota Dana dan Usaha
Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
Prosiding Call For Pape roleh IMATEK KM FT UNSRI
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian tentang pembuatan biogas dari sampah organik dan kotoran
sapi terhadap pengaruh penambahan trace metal (nikel, cobalt) telah
selesai dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui
pengaruh penambahan trace metal (nikel, cobalt) terhadap kinerja
digester anaerobik dalam perolehan biogas. Penelitian ini dilakukan
dengan mencampurkan sampah organik dan kotoran sapi yang diblender
menggunakan air dengan perbandingan 1:1:2 (w:w:v) dan dioperasikan
di dalam digester berukuran 5L dengan volume isian sebesar 4L secara
batch selama 30 hari dengan kondisi pH dijaga konstan 6,5-7,5 pada
suhu ruangan 25-30 oC. Variasi yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu
penambahan nikel sebanyak 0,245 mg/L, penambahan cobalt sebanyak
0,245 mg/L dan kombinasi nikel dan cobalt masing-masing 0,25 mg/L.
Adapun parameter yang diamati setiap hari yaitu volume biogas dan
suhu, parameter yang dianalisa sekali dalam dua hari yaitu chemical
oxygen demand, total suspended solid, volatile suspended solid dan pH.
Pada penelitian yang dilakukan diperoleh volume biogas terbesar dengan
penambahan cobalt sebesar 85 ml/hari, % reduksi COD sebesar 46,48% ,
% reduksi TSS sebesar 88,78% dan VSS sebesar 16.540 mg/L.
Kata kunci: biogas, cobalt, kotoran sapi, nikel, sampah organik
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The research on biogas production from organic waste and manure to the
effect of trace metal (nickel, cobalt) has been done. The objective of this
study was to discover the effect of trace metals nickel, cobalt on the
performance of biogas anaerobic digester in the acquisition of the raw
material organic waste and cow dung. Organic waste and cow dung were
blended using water at a ratio of 1:1:2 (w:w:v) and operated in the
digester sized 5L with stuffing volume of 4L as batch for 30 days with
conditions held constant of pH 6.5-7, 5. This research was conducted
with a variety of trace addition of nickel metal as much as 0.245 mg/L,
the addition of trace metal cobalt as much as 0.245 mg/L and the
combination of nickel and cobalt respectively 0.25 mg/L. As for some of
the parameters was observed every day, such as biogas volume and
temperature, the parameters are analyzed every 2 days of fermentation
such as chemical oxygen demand (COD), total suspended solids (TSS),
volatile suspended solids (VSS) and pH. In the study conducted acquired
the largest biogas volumes per day with the addition of trace metal cobalt
amount of 85 ml, percentage of COD removal by 46,48%, TSS remove
percentage obtained was 88,78% and volatile suspended solid as much as
16.540 mg/L.
Keywords: biogas, cobalt, cow dung, nickel, organic waste
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
xvi
DAFTAR SIMBOL
xvii
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
TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 Biogas sebagai Energi Alterntif
6
2.2 Bahan – Bahan Pembuatan Biogas
6
BAB II
2.2.1 Sampah Organik
6
2.2.2 Kotoran Sapi
8
2.3 Biogas dari Sampah Organik dan Kotoran Sapi
9
2.4 Proses Pembuatan Biogas
10
2.5.1 Hidrolisis
11
2.5.2 Asidogenesis
11
2.5.3 Asetogenesis
12
2.5.4 Metanogenesis
12
viii
Universitas Sumatera Utara
2.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Penguraian Sampah
BAB III
Organik
13
2.6.1 Suhu
13
2.6.2 Lama Proses Pencernaan
13
2.6.3 Derajat Keasaman (pH)
13
2.6.4 Kandungan Nitrogen dan Rasio Karbon Nitrogen
13
2.6.5 Total Soid(TS)
14
2.6.6 Volatile Solid (VS)
14
2.7 Trace Metal sebagai Nutrisi Essensial pada Mikroorganisme
14
METODOLOGI PENELITIAN
17
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
17
3.2 Bahan dan Peralatan
17
3.2.1 Bahan pada Penelitian
17
3.2.2 Peralatan
18
3.2.3 Rangkaian Peralatan
18
3.3 Prosedur Percobaan
19
3.3.1 Pembuatan Biogas
19
3.3.2 Flowchart Pembuatan Biogas
19
3.4 Prosedur Analisa
20
3.4.1 Analisa Konsentrasi COD
20
3.4.1.1 Flowchart Penentuan Harga COD
3.4.2 Analisa Konsentrasi TSS
23
3.4.2.1 Flowchart Analisis TSS
24
3.4.3 Analisa Konsentrasi VSS
25
3.4.3.1 Flowchart Analisa VSS
25
3.5 Prosedur Pengamatan
26
3.5.1 Pengukuran pH
26
3.5.1.1 Flowchart Pengukuran pH
26
3.5.2 Pengukuran Volume Biogas
BAB IV
22
27
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakterisasi Limbah Organik dan Kotoran Sapi
28
4.2 Profil Temperatur Akibat Penambahan Trace Metal
29
ix
Universitas Sumatera Utara
4.3 Profil pH Fermentasi Akibat Penambahan Trace Metal
31
4.4 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi Biogas
33
4.4.1 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi
Biogas Harian
33
4.4.2 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi
Biogas Kumulatif
36
4.5 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi COD,
% Reduksi COD
37
4.6 Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi TSS,
% Reduksi TSS
BAB V
42
4.7 Penambahan Trace Metal terhadap VSS
46
KESIMPULAN DAN SARAN
49
5.1 Kesimpulan
49
5.2 Saran
49
DAFTAR PUSTAKA
50
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1
Diagram Konsumsi Energi per Jenis
1
Gambar 2.1
Tiga Tahapan Fermentasi Anaerob Limbah
10
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan Pembuatan Biogas
18
Gambar 3.2
Flowchart Pembuatan Biogas
19
Gambar 3.3
Flowchart Penentuan Harga COD
22
Gambar 3.4 Flowchart Analisis TSS
24
Gambar 3.5 Flowchart Analisis VSS
25
Gambar 3.6 Flowchart Pengukuran pH
26
Gambar 4.1a Grafik Profil Temperatur Tanpa Trace Metal
29
Gambar 4.1b Grafik Profil Temperatur Penambahan Trace Metal Nikel
30
Gambar 4.1c Grafik Profil Temperatur Penambahan Trace Metal Cobalt
30
Gambar 4.1d Grafik Profil Temperatur Penambahan Trace Metal Ni+Co
30
Gambar 4.2a Grafik Profil pH Fermentasi Tanpa Penambahan
31
Gambar 4.2b Grafik Profil pH Fermentasi Penambahan Trace Metal Nikel
32
Gambar 4.2c Grafik Profil pH Fermentasi Penambahan Trace Metal Cobalt
32
Gambar 4.2d Grafik Profil pH Fermentasi Penambahan Trace Metal Ni+Co
32
Gambar 4.3a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap Produksi Biogas
Harian
34
Gambar 4.3b Grafik Pengaruh Penambahan Nikel terhadap Produksi
Biogas Harian
34
Gambar 4.3c Grafik Pengaruh Penambahan Cobalt terhadap Produksi
Biogas Harian
35
Gambar 4.3d Grafik Pengaruh Penambahan Ni+Co terhadap Produksi
Biogas Harian
35
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi
Biogas Kumulatif
36
Gambar 4.5a Grafik Pengaruh Tanpa Trace Metal terhadap Reduksi
COD
37
Gambar 4.5b Grafik Pengaruh Penambahan Nikel terhadap Reduksi
COD
38
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5c Grafik Pengaruh Penambahan Cobalt terhadap Reduksi
COD
38
Gambar 4.5d Grafik Pengaruh Penambahan Ni+Co terhadap Reduksi
COD
39
Gambar 4.6a Grafik Tanpa Trace Metal terhadap % Reduksi COD
40
Gambar 4.6b Grafik Pengaruh Penambahan Nikel terhadap % Reduksi COD
40
Gambar 4.6c Grafik Pengaruh Penambahan Cobalt terhadap % Reduksi COD
40
Gambar 4.6d Grafik Pengaruh Penambahan Trace Metal Ni+Co terhadap %
Reduksi COD
41
Gambar 4.7a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi TSS
42
Gambar 4.7b Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi TSS
42
Gambar 4.7c Grafik Penambahan Trace Metal Cobalt terhadap Reduksi TSS
43
Gambar 4.7d Grafik Penambahan Trace Metal Ni+Co terhadap Reduksi TSS
43
Gambar 4.8a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap % Reduksi TSS 44
Gambar 4.8b Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap % Reduksi TSS
44
Gambar 4.8c Grafik Penambahan Trace Metal Cobalt terhadap % Reduksi TSS 45
Gambar 4.8d Grafik Penambahan Trace Metal Ni+Co terhadap % Reduksi TSS 45
Gambar 4.9
Rata-Rata % Reduksi TSS
46
Gambar 4.10a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi VSS
46
Gambar 4.10b Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi VSS
47
Gambar 4.10c Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi VSS
47
Gambar 4.10d Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi VSS
48
Gambar 4.11 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Pertumbuhan
Mikroba Terbaik dari Masing-Masing Perlakuan
49
Gambar C.1
Sampel cairan limbah sayuran dan kotoran sapi
LC-1
Gambar C.2
Rangkaian Alat
LC-1
Gambar C.3
Pengukuran pH sampel
LC-1
Gambar C.4
Timbangan Analitik
LC-2
Gambar C.5
Cawan untuk Analisis TSS
LC-2
Gambar C.6 Cawan untuk Analisis VSS
LC-2
Gambar C.7
Desikator
LC-3
Gambar C.8
Oven
LC-3
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar C.9
Furnace
LC-3
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1
Penelitian – PenelitianTerdahulu
3
Tabel 2.1
BeratHarian Rata-Rata SampahPasarSetia Budi Medan
7
Tabel 2.2
KomposisiSampahOrganikPasarSetia Budi Medan
7
Tabel 2.3
KomponendanKandunganSampahSayuran
8
Tabel 2.4
KomposisiKandungan Biogas
9
Tabel 2.5
Jenis Trace Elemen dan Fungsi
15
Tabel 4.1
Komponen dan Komposisi Sampah Sayuran
28
Tabel 4.2
Komponen dan Komposisi Kotoran Sapi
28
Tabel 4.3
Komponen Campuran Limbah Sayuran dan Kotoran Sapi
29
Tabel A.1
Komponen Campuran Sampah Sayuran dan Kotoran Sapi
LA-1
Tabel A.2
Data Hasil Pengamatan Suhu (oC)
LA-1
Tabel A.3
Data Hasil Pengukuran Volume Biogas (mL)
LA-2
Tabel A.4
Data Pengukuran pH
LA-3
Tabel A.5
Data Analisa TSS (mg/L)
LA-3
Tabel A.6
Data Analisa VSS (mg/L)
LA-4
Tabel A.7
Data Analisa COD (mg/L)
LA-4
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN
LA-1
A.1 Komponen Campuran Sampah Sayuran dan Kotoran Sapi LA-1
A.2 Data Hasil Pengamatan Suhu (oC)
LA-1
A.3 Data Hasil Pengukuran Volume Biogas (mL)
LA-2
A.4 Data Pengukuran pH
LA-3
A.5 Data Analisa TSS (mg/L)
LA-3
A.6 Data Analisa VSS (mg/L)
LA-4
A.7 Data Analisa COD (mg/L)
LA-4
LAMPIRAB B CONTOH PERHITUNGAN
LB-1
B.1 Perhitumgan Volume Digester
LB-1
B.2 Perhitungan Bahan Baku
LB-1
B.3 Perhitungan % Reduksi COD
LB-1
B.4 Perhitungan % Reduksi TSS
LB-1
LAMPIRAN C DOKUMENTASI
LC-1
C.1 Sampel cairan limbah sayuran dan kotoran sapi
LC-1
C.2 Rangkaian Alat
LC-1
C.3 Pengukuran pH sampel
LC-1
C.4 Timbangan Analitik
LC-2
C.5 Cawan untuk Analisis TSS
LC-2
C.6 Cawan untuk Analisis VSS
LC-2
C.7 Desikator
LC-3
C.8 Oven
LC-3
C.9 Furnace
LC-3
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
COD
Chemical Oxygen Demand
FAS
Ferro Ammonium Sulfat
pH
Power of Hidrogen
TSS
Total Suspended Solid
VSS
Volatile Suspended Solid
VFA
Volatile Fatty Acid
C/N
Carbon/Nitrogen
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
N
Normalitas
N
A
Berat kertas saring + berat residu (analisa
mg
TSS dan VSS)
B
Berat kertas saring (analisa TSS dan
mg
A
VSS)
ml
B
Volume FAS untuk titrasi blanko
ml
Volume FAS untuk titrasu sampel
V
Volume sampel
ml
xvii
Universitas Sumatera Utara
TERHADAP PEMBUATAN BIOGAS DARI SAMPAH
ORGANIK DAN KOTORAN SAPI
SKRIPSI
Oleh
CHRISTIN NATALIA SIAHAAN
120405095
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FEBRUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH PENAMBAHAN TRACE METAL (Ni,Co)
TERHADAP PEMBUATAN BIOGAS DARI SAMPAH
ORGANIK DAN KOTORAN SAPI
SKRIPSI
Oleh
CHRISTIN NATALIA SIAHAAN
120405095
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FEBRUARI 2017
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH PENAMBAHAN TRACE METAL (NI,CO) TERHADAP
PEMBUATAN BIOGAS DARI SAMPAH ORGANIK DAN KOTORAN SAPI
yang dibuat untuk melengkapi sebagian 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 untk mendapatkan gelar kesarjanaan di
lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi
manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana
mestinya.
Medan, Januari 2017
Christin Natalia Siahaan
NIM. 120405095
i
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala
rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini
merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Penambahan Trace Metal (Ni,Co)
terhadap Pembuatan Biogas dari Sampah Organik dan Kotoran Sapi” berdasarkan
hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik
Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar
sarjana teknik.
Adapun hal yang dapat diberikan dari hasil penelitian ini adalah membantu
pengolahan sampah organik dan kotoran sapi yang dapat dijadikan sebagai sumber
energi alternatif yaitu biogas dengan menambahkan trace metal dalam proses
fermentasinya.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat
bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan
penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Dr.Ir. Fatimah, M.T.selaku dosen pembimbing
2. Ir. RenitaManurung, M.T.selaku koordinator skripsi
3. Dr. Eng. Irvan, M.Si selaku dosen penguji I atas kritik dan saran yang telah
diberikan.
4. Dr. Amir Husin, S.T, M.T. selaku dosen penguji II atas kritik dan saran
yang telah diberikan.
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, Februari 2017
Penulis
Christin Natalia Siahaan
iii
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk:
Ayah dan Ibu tercinta:
Bapak Atur Siahaan dan Ibu Megawati Sihombing
Saudara/i kandung saya:
Laura Uli Siahaan
Roki Agust Parlindungan Siahaan
Theresia Maria Margret Siahaan
Winnee Hana Siahaan
Amos Siahaan
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan
mendukung dengan penuh kesabaran dan kasih sayang serta saudara
kandung saya yang terus memberikan semangat dan dukungan dalam
doa dalam pengerjaan skripsi ini.
Terima kasih buat ayah dan ibu serta saudara/i yang tiada hentinya
memberikan perhatian kepada saya selama ini.
iv
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Christin Natalia Siahaan
Nim : 120405095
Tempat/ tgl lahir : Pangururan, 7 Desember 1993
Nama orang tua : Atur Siahaan
Alamat orang tua :
Jl. Gereja HKBP Hinalang Silalahi, Balige
Asal sekolah
•
SD N.1 173737 Pangururan (2001-2006)
•
SMP Sw. Budhi Dharma Balige (2006 – 2009)
•
SMA N.2 Soposurung Balige (2009 – 2012)
Prestasi yang pernah dicapai:
Finalis dalam Kompetisi “Call For Paper” FORUM NASIONAL
NANOTEKNOLOGI 2016
Pengalaman organisasi/persekutuan :
•
•
•
UKM KMK USU UP Fakultas Teknik sebagai AKK (Anggota
Kelompok Kecil) tahun 2013-2017
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai Anggota Kaderisasi dan Pendidikan
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2015/2016 sebagai Anggota Dana dan Usaha
Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
Prosiding Call For Pape roleh IMATEK KM FT UNSRI
v
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian tentang pembuatan biogas dari sampah organik dan kotoran
sapi terhadap pengaruh penambahan trace metal (nikel, cobalt) telah
selesai dilakukan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui
pengaruh penambahan trace metal (nikel, cobalt) terhadap kinerja
digester anaerobik dalam perolehan biogas. Penelitian ini dilakukan
dengan mencampurkan sampah organik dan kotoran sapi yang diblender
menggunakan air dengan perbandingan 1:1:2 (w:w:v) dan dioperasikan
di dalam digester berukuran 5L dengan volume isian sebesar 4L secara
batch selama 30 hari dengan kondisi pH dijaga konstan 6,5-7,5 pada
suhu ruangan 25-30 oC. Variasi yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu
penambahan nikel sebanyak 0,245 mg/L, penambahan cobalt sebanyak
0,245 mg/L dan kombinasi nikel dan cobalt masing-masing 0,25 mg/L.
Adapun parameter yang diamati setiap hari yaitu volume biogas dan
suhu, parameter yang dianalisa sekali dalam dua hari yaitu chemical
oxygen demand, total suspended solid, volatile suspended solid dan pH.
Pada penelitian yang dilakukan diperoleh volume biogas terbesar dengan
penambahan cobalt sebesar 85 ml/hari, % reduksi COD sebesar 46,48% ,
% reduksi TSS sebesar 88,78% dan VSS sebesar 16.540 mg/L.
Kata kunci: biogas, cobalt, kotoran sapi, nikel, sampah organik
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The research on biogas production from organic waste and manure to the
effect of trace metal (nickel, cobalt) has been done. The objective of this
study was to discover the effect of trace metals nickel, cobalt on the
performance of biogas anaerobic digester in the acquisition of the raw
material organic waste and cow dung. Organic waste and cow dung were
blended using water at a ratio of 1:1:2 (w:w:v) and operated in the
digester sized 5L with stuffing volume of 4L as batch for 30 days with
conditions held constant of pH 6.5-7, 5. This research was conducted
with a variety of trace addition of nickel metal as much as 0.245 mg/L,
the addition of trace metal cobalt as much as 0.245 mg/L and the
combination of nickel and cobalt respectively 0.25 mg/L. As for some of
the parameters was observed every day, such as biogas volume and
temperature, the parameters are analyzed every 2 days of fermentation
such as chemical oxygen demand (COD), total suspended solids (TSS),
volatile suspended solids (VSS) and pH. In the study conducted acquired
the largest biogas volumes per day with the addition of trace metal cobalt
amount of 85 ml, percentage of COD removal by 46,48%, TSS remove
percentage obtained was 88,78% and volatile suspended solid as much as
16.540 mg/L.
Keywords: biogas, cobalt, cow dung, nickel, organic waste
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
xvi
DAFTAR SIMBOL
xvii
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
TINJAUAN PUSTAKA
6
2.1 Biogas sebagai Energi Alterntif
6
2.2 Bahan – Bahan Pembuatan Biogas
6
BAB II
2.2.1 Sampah Organik
6
2.2.2 Kotoran Sapi
8
2.3 Biogas dari Sampah Organik dan Kotoran Sapi
9
2.4 Proses Pembuatan Biogas
10
2.5.1 Hidrolisis
11
2.5.2 Asidogenesis
11
2.5.3 Asetogenesis
12
2.5.4 Metanogenesis
12
viii
Universitas Sumatera Utara
2.6 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Proses Penguraian Sampah
BAB III
Organik
13
2.6.1 Suhu
13
2.6.2 Lama Proses Pencernaan
13
2.6.3 Derajat Keasaman (pH)
13
2.6.4 Kandungan Nitrogen dan Rasio Karbon Nitrogen
13
2.6.5 Total Soid(TS)
14
2.6.6 Volatile Solid (VS)
14
2.7 Trace Metal sebagai Nutrisi Essensial pada Mikroorganisme
14
METODOLOGI PENELITIAN
17
3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian
17
3.2 Bahan dan Peralatan
17
3.2.1 Bahan pada Penelitian
17
3.2.2 Peralatan
18
3.2.3 Rangkaian Peralatan
18
3.3 Prosedur Percobaan
19
3.3.1 Pembuatan Biogas
19
3.3.2 Flowchart Pembuatan Biogas
19
3.4 Prosedur Analisa
20
3.4.1 Analisa Konsentrasi COD
20
3.4.1.1 Flowchart Penentuan Harga COD
3.4.2 Analisa Konsentrasi TSS
23
3.4.2.1 Flowchart Analisis TSS
24
3.4.3 Analisa Konsentrasi VSS
25
3.4.3.1 Flowchart Analisa VSS
25
3.5 Prosedur Pengamatan
26
3.5.1 Pengukuran pH
26
3.5.1.1 Flowchart Pengukuran pH
26
3.5.2 Pengukuran Volume Biogas
BAB IV
22
27
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Karakterisasi Limbah Organik dan Kotoran Sapi
28
4.2 Profil Temperatur Akibat Penambahan Trace Metal
29
ix
Universitas Sumatera Utara
4.3 Profil pH Fermentasi Akibat Penambahan Trace Metal
31
4.4 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi Biogas
33
4.4.1 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi
Biogas Harian
33
4.4.2 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi
Biogas Kumulatif
36
4.5 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi COD,
% Reduksi COD
37
4.6 Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi TSS,
% Reduksi TSS
BAB V
42
4.7 Penambahan Trace Metal terhadap VSS
46
KESIMPULAN DAN SARAN
49
5.1 Kesimpulan
49
5.2 Saran
49
DAFTAR PUSTAKA
50
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1
Diagram Konsumsi Energi per Jenis
1
Gambar 2.1
Tiga Tahapan Fermentasi Anaerob Limbah
10
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan Pembuatan Biogas
18
Gambar 3.2
Flowchart Pembuatan Biogas
19
Gambar 3.3
Flowchart Penentuan Harga COD
22
Gambar 3.4 Flowchart Analisis TSS
24
Gambar 3.5 Flowchart Analisis VSS
25
Gambar 3.6 Flowchart Pengukuran pH
26
Gambar 4.1a Grafik Profil Temperatur Tanpa Trace Metal
29
Gambar 4.1b Grafik Profil Temperatur Penambahan Trace Metal Nikel
30
Gambar 4.1c Grafik Profil Temperatur Penambahan Trace Metal Cobalt
30
Gambar 4.1d Grafik Profil Temperatur Penambahan Trace Metal Ni+Co
30
Gambar 4.2a Grafik Profil pH Fermentasi Tanpa Penambahan
31
Gambar 4.2b Grafik Profil pH Fermentasi Penambahan Trace Metal Nikel
32
Gambar 4.2c Grafik Profil pH Fermentasi Penambahan Trace Metal Cobalt
32
Gambar 4.2d Grafik Profil pH Fermentasi Penambahan Trace Metal Ni+Co
32
Gambar 4.3a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap Produksi Biogas
Harian
34
Gambar 4.3b Grafik Pengaruh Penambahan Nikel terhadap Produksi
Biogas Harian
34
Gambar 4.3c Grafik Pengaruh Penambahan Cobalt terhadap Produksi
Biogas Harian
35
Gambar 4.3d Grafik Pengaruh Penambahan Ni+Co terhadap Produksi
Biogas Harian
35
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Produksi
Biogas Kumulatif
36
Gambar 4.5a Grafik Pengaruh Tanpa Trace Metal terhadap Reduksi
COD
37
Gambar 4.5b Grafik Pengaruh Penambahan Nikel terhadap Reduksi
COD
38
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.5c Grafik Pengaruh Penambahan Cobalt terhadap Reduksi
COD
38
Gambar 4.5d Grafik Pengaruh Penambahan Ni+Co terhadap Reduksi
COD
39
Gambar 4.6a Grafik Tanpa Trace Metal terhadap % Reduksi COD
40
Gambar 4.6b Grafik Pengaruh Penambahan Nikel terhadap % Reduksi COD
40
Gambar 4.6c Grafik Pengaruh Penambahan Cobalt terhadap % Reduksi COD
40
Gambar 4.6d Grafik Pengaruh Penambahan Trace Metal Ni+Co terhadap %
Reduksi COD
41
Gambar 4.7a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi TSS
42
Gambar 4.7b Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi TSS
42
Gambar 4.7c Grafik Penambahan Trace Metal Cobalt terhadap Reduksi TSS
43
Gambar 4.7d Grafik Penambahan Trace Metal Ni+Co terhadap Reduksi TSS
43
Gambar 4.8a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap % Reduksi TSS 44
Gambar 4.8b Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap % Reduksi TSS
44
Gambar 4.8c Grafik Penambahan Trace Metal Cobalt terhadap % Reduksi TSS 45
Gambar 4.8d Grafik Penambahan Trace Metal Ni+Co terhadap % Reduksi TSS 45
Gambar 4.9
Rata-Rata % Reduksi TSS
46
Gambar 4.10a Grafik Tanpa Penambahan Trace Metal terhadap Reduksi VSS
46
Gambar 4.10b Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi VSS
47
Gambar 4.10c Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi VSS
47
Gambar 4.10d Grafik Penambahan Trace Metal Nikel terhadap Reduksi VSS
48
Gambar 4.11 Pengaruh Penambahan Trace Metal terhadap Pertumbuhan
Mikroba Terbaik dari Masing-Masing Perlakuan
49
Gambar C.1
Sampel cairan limbah sayuran dan kotoran sapi
LC-1
Gambar C.2
Rangkaian Alat
LC-1
Gambar C.3
Pengukuran pH sampel
LC-1
Gambar C.4
Timbangan Analitik
LC-2
Gambar C.5
Cawan untuk Analisis TSS
LC-2
Gambar C.6 Cawan untuk Analisis VSS
LC-2
Gambar C.7
Desikator
LC-3
Gambar C.8
Oven
LC-3
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar C.9
Furnace
LC-3
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1
Penelitian – PenelitianTerdahulu
3
Tabel 2.1
BeratHarian Rata-Rata SampahPasarSetia Budi Medan
7
Tabel 2.2
KomposisiSampahOrganikPasarSetia Budi Medan
7
Tabel 2.3
KomponendanKandunganSampahSayuran
8
Tabel 2.4
KomposisiKandungan Biogas
9
Tabel 2.5
Jenis Trace Elemen dan Fungsi
15
Tabel 4.1
Komponen dan Komposisi Sampah Sayuran
28
Tabel 4.2
Komponen dan Komposisi Kotoran Sapi
28
Tabel 4.3
Komponen Campuran Limbah Sayuran dan Kotoran Sapi
29
Tabel A.1
Komponen Campuran Sampah Sayuran dan Kotoran Sapi
LA-1
Tabel A.2
Data Hasil Pengamatan Suhu (oC)
LA-1
Tabel A.3
Data Hasil Pengukuran Volume Biogas (mL)
LA-2
Tabel A.4
Data Pengukuran pH
LA-3
Tabel A.5
Data Analisa TSS (mg/L)
LA-3
Tabel A.6
Data Analisa VSS (mg/L)
LA-4
Tabel A.7
Data Analisa COD (mg/L)
LA-4
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA HASIL PENELITIAN
LA-1
A.1 Komponen Campuran Sampah Sayuran dan Kotoran Sapi LA-1
A.2 Data Hasil Pengamatan Suhu (oC)
LA-1
A.3 Data Hasil Pengukuran Volume Biogas (mL)
LA-2
A.4 Data Pengukuran pH
LA-3
A.5 Data Analisa TSS (mg/L)
LA-3
A.6 Data Analisa VSS (mg/L)
LA-4
A.7 Data Analisa COD (mg/L)
LA-4
LAMPIRAB B CONTOH PERHITUNGAN
LB-1
B.1 Perhitumgan Volume Digester
LB-1
B.2 Perhitungan Bahan Baku
LB-1
B.3 Perhitungan % Reduksi COD
LB-1
B.4 Perhitungan % Reduksi TSS
LB-1
LAMPIRAN C DOKUMENTASI
LC-1
C.1 Sampel cairan limbah sayuran dan kotoran sapi
LC-1
C.2 Rangkaian Alat
LC-1
C.3 Pengukuran pH sampel
LC-1
C.4 Timbangan Analitik
LC-2
C.5 Cawan untuk Analisis TSS
LC-2
C.6 Cawan untuk Analisis VSS
LC-2
C.7 Desikator
LC-3
C.8 Oven
LC-3
C.9 Furnace
LC-3
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
COD
Chemical Oxygen Demand
FAS
Ferro Ammonium Sulfat
pH
Power of Hidrogen
TSS
Total Suspended Solid
VSS
Volatile Suspended Solid
VFA
Volatile Fatty Acid
C/N
Carbon/Nitrogen
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
N
Normalitas
N
A
Berat kertas saring + berat residu (analisa
mg
TSS dan VSS)
B
Berat kertas saring (analisa TSS dan
mg
A
VSS)
ml
B
Volume FAS untuk titrasi blanko
ml
Volume FAS untuk titrasu sampel
V
Volume sampel
ml
xvii
Universitas Sumatera Utara