PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI
PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI Oleh DERIL CLINTON 100405026 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI Oleh DERIL CLINTON 100405026 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN
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, Agustus 2015 Deril Clinton
NIM 100405026
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 13 Agustus 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Medan, Agustus 2015
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 Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: Penelitian ini membantu pengolahan limbah kulit buah aren sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif, yaitu biogas Penelitian dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul “Pengaruh
Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan”. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada:
Ir. Netti Herlina, MT selaku Pembimbing
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 2015 Penulis Deril Clinton
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :
1. Kedua orang tua penulis, Jhonny Robert Panjaitan dan Delima Simorangkir.
2. Saudari terkasih Ratna Cempaka Yelestine dan Sardis Naviri.
3. Keluarga besar Panjaitan dan Simorangkir di Medan, Jakarta, dan Tangerang.
4. Pemuda/i POUK Harapan kita
5. Teman-teman terbaik di Teknik Kimia Dewi, Jekky, Lean, Maggie, Popphy, Ruben dan semua stambuk 2010, serta senior/ junior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis.
6. Ir. Netti Herlina, MT selaku dosen pembimbing.
7. Ir. Bambang Trisakti, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen penguji.
8. Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU
9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia.
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Deril Clinton Nim : 100405026 Tempat/ tgl lahir : Jakarta, 12 Februari 1993 Nama orang tua : Jhonny Robert Panjaitan Alamat orang tua : Jl. Bakung II Blok i5 No. 2 Perumahan Harapankita Tangerang
Asal sekolah
SD Yayasan Pendidikan Mutiara Kasih 1998 – 2004
SMP Strada Selamet Riyadi 2004 – 2007
SMA Negeri 5 Tangerang 2007 – 2010 Beasiswa yang pernah diperoleh :
Beasiswa PPA Tahun 2011 & 2012 Universitas Sumatera Utara
Pengalaman organisasi/ kerja :
UKM KMK USU UP Teknik sebagai AKK (Anggota Kelompok Kecil) tahun 2010-2014
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2013/2014 sebagai Anggota Penelitian dan Pengembangan
Asisten Perpustakaan Teknik Kimia USU 2013 – 2014 Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
Jurnal Teknik Kimia USU
ABSTRAK
Aren (Arenga pinnata) merupakan tanaman serbaguna. Pemanfaatanya yang luas dalam industri makanan menghasilkan limbah kulit buah yang dapat digunakan sebagai biomassa tanaman untuk pembuatan biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas dan kuantitas biogas yang terbuat dari campuran limbah kulit buah aren dan air dengan menggunakan digester anaerobik sistem batch serta mengevaluasi potensi ekonomi dari biogas yang dihasilkan dari campuran tersebut. Penelitian dilakukan dengan mencampur kulit buah aren dengan air dalam rasio 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; dan 1:8 (w/w) dengan starter kotoran sapi dicampur dengan air didalam digester anaerobik sistem batch. Variabel yang diamati adalah volume biogas, komposisi biogas, Total Suspended
Solid (TSS) dan Chemical Oxygen Demand (COD) serta slurry dianalisis tiap 3
hari fermentasi. pH untuk penelitian ini diatur pada kisaran 6,4-8. Volume biogas terbesar pada rasio 1:11,5 (w/w) campuran limbah kulit buah aren dan yaitu 637 mL untuk total limbah sebanyak 1,5 L dengan kandungan metana sebesar 60.9830 %. Diperoleh persentase penyisihan TSS sebesar 88,10 % dan persentase penyisihan COD sebesar 82,43 %. Slurry menghasilkan TSS dan COD yang belum memenuhi baku mutu limbah cair. Potensi ekonomi dari pemanfaatan campuran limbah kulit buah aren dan air sebagai biogas menguntungkan.
Kata kunci: biogas, COD, digester anaerobik, limbah kulit buah aren, TSS
ABSTRACT
Aren / Sugar Palm (Arenga pinnata) is a multipurpose crop. The widely use of sugar palm for food industries, generates sugar palm leather waste which can be use as a biomass for biogas production. This study aims to determine the quality and the quantity of biogas made from a mixed of sugar palm leather waste and water using batch anaerobic digester system and to evaluate the economic potential of biogas production from the mixture. Research carried out by mixing sugar palm leather with water in a ratio of 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; and 1:8 (v/v) with cow dung as a starter mixed with water in an anaerobic digester batch system. Observed variables are biogas, biogas composition, Total Suspended Solid (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) and analyzed fermentation slurry for every 3 days. pH for this study is set in the range of 6,4-8. The largest volume of biogas production is found at a ratio 1:11,5 (w/w) mixture of sugar palm leather and water that is 637 mL for total waste 1,5 L with 60,983 % methane contain. TSS remove percentage obtained was 88,10%and percentage of COD removal by 82,43%. Slurry produces unqualified TSS and COD with the standard quality of liquid waste. The economic potential of using a mixture of sugar palm leather and water for producing biogas is beneficial.
Keywords : anaerobic digester, biogas, COD, sugar palm leather waste , TSS
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 xiii
DAFTAR LAMPIRAN xiv
DAFTAR SINGKATAN xv
DAFTAR SIMBOL xvi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
3
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 AREN
5
2.2 BUAH AREN
6
2.3 KOTORAN SAPI
8
2.4 FERMENTASI
9
2.4.1 Chemical Oxygen Demand
10
2.4.2 Total Suspended Solid
10
2.5 BIOGAS
11
2.6 TAHAP PEMBENTUKAN BIOGAS
12
2.6.1 Hidrolisis
13
2.6.2 Asidogenesis
13
2.6.3 Asetogenesis
14
2.6.4 Metanogenesis
14
2.7 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI BIOGAS
15
2.7.1 Makro dan Mikro Nutrien
15
2.7.2 Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N)
15
2.7.3 Temperatur
16
2.7.4 Derajat Keasaman (pH)
16
2.7.5 Lama Fermentasi
16
2.8 POTENSI EKONOMI
17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
19
3.1 LOKASI PENELITIAN
19
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
19
3.2.1 Bahan
19
3.2.2 Peralatan
20
3.2.3 Rangkaian Peralatan
20
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN
21
3.3.1 Pembuatan Biogas
21
3.3.2 Blok Diagram Pembuatan Biogas
21
3.4 PROSEDUR ANALISA
22
3.4.1 Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD)
22
3.4.2 Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid (TSS)
25
3.4.3 Pengukuran pH
25
3.4.4 Pengukuran Volume Biogas
27
3.4.5 Penentuan Kualitas Biogas
27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH KULIT BUAH AREN
28
4.2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP DERAJAT KEASAMAN (pH) PADA BEBERAPA
KOMPOSISI SAMPEL
29
4.3 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP
% PENYISIHAN TSS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
40
54 LAMPIRAN 3
47 LAMPIRAN 2
42 LAMPIRAN 1
41 DAFTAR PUSTAKA
5.2 SARAN
40
5.1 KESIMPULAN
39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
32
4.7 KUALITAS DAN KOMPOSISI BIOGAS
37
4.6 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP YIELD BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
36
4.5 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
34
4.4 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP % PENYISIHAN COD PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
57
DAFTAR GAMBAR
30 Gambar 4.3 Grafik Hubungan COD Terhadap Waktu Fermentasi Dan Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
53 Gambar L3.3 Pengecilan Ukuran Sampel
53 Gambar L3.2 Pengenceran Kotoran Sapi dan Air
49 Gambar L3.1 Limbah Kulit Buah Aren (Sampel)
48 Gambar L1.3 Hasil Analisa Komposisi Biogas
47 Gambar L1.2 Hasil Analisa Rasio C/N Kulit Buah Aren
37 Gambar L1.1 Hasil Analisa COD Pada Setiap Variasi Komposisi
36 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Produksi Biogas Per COD Tereduksi
34 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Volume Biogas Pada Beberapa Komposisi Sampel
32 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap % Penyisihan COD Pada Beberapa Komposisi Sampel
31 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap % Penyisihan TSS Pada Beberapa Komposisi Sampel
29 Gambar 4.2 Grafik Hubungan TSS Terhadap Waktu Fermentasi Dan Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
Halaman
27 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
26 Gambar 3.6 Flowchart Penentuan Pengukuran pH
25 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Total Suspended Solid
23 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Harga COD
21 Gambar 3.3 Flowchart Persiapan Uji Penentuan Harga COD
20 Gambar 3.2 Blok Diagram Pembuatan Biogas
12 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Pembuatan Biogas
7 Gambar 2.3 Tahap Pembentukan Biogas
5 Gambar 2.2 (a) Buah Aren Muda (b) Buah Aren Matang
Gambar 2.1 Tanaman Aren (Arenga pinnata)54 Gambar L3.4 Digester
54 Gambar L3.5 Rangkain Peralatan Digester
55 Gambar L3.6 Proses Pengisian Digester
55 Gambar L3.7 Proses Pengambilan Slurry
56 Gambar L3.8 Analisa pH
56 Gambar L3.9 Analisa Total Suspended Solid (TSS)
57 Gambar L3.10 Biogas Dalam Kantong Plastik
58 Gambar L3.11 Uji Nyala Gas Bio
58 Gambar L3.12 Biogas Dalam Vacutainer Untuk Analisa Komposisi Gas
59 Gambar L3.13 Kromatografi Gas
59
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Penelitian Yang Menggunakan Biomassa Tanaman SebagaiBahan Baku
2 Tabel 2.1 Komposisi Gas Bio Secara Umum
12 Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Kulit Buah Aren
28 Tabel 4.2 Tabel Hasil Analisis Uji Nyala Biogas Limbah Kulit Buah Aren
39 Tabel 4.3 Tabel Hasil Analisis Komposisi Biogas Limbah Kulit Buah Aren
39 Tabel L1.1 Tabel Hasil Analisa
43 Tabel L1.2 Tabel Hasil Analisis Uji Nyala Biogas Limbah Kulit Buah Aren
50 Tabel L1.3 Tabel Hasil Analisis Komposisi Biogas Limbah Kulit Buah Aren
50