Pengaruh Metode Pre-Treatment Dengan Natrium Hidroksida (NaOH) dan Asam Sulfat (H2SO4) Pada Eceng Gondok (Eichhornia Crassipes) Sebagai Bahan Baku Pembuatan Gas Bio
PENGARUH
HM
METODE PRE-TREATMENT
NT DENGAN
UM HIDROKSIDA (NaOH) DAN AS
ASAM
NATRIUM
SULFAT
AT (H2SO4) PADA ECENG GOND
NDOK
HHORNIA CRASSIPES) SEBAG
AGAI
(EICHH
BAH
BAHAN
BAKU PEMBUATAN
GAS BIO
SKRIPSI
Oleh
PRI HARTINI
110405112
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
D
FAKULTAS TEKNIK
UNI
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
AGUSTUS 2016
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH
HM
METODE PRE-TREATMENT
NT DENGAN
UM HIDROKSIDA (NaOH) DAN AS
ASAM
NATRIUM
SULFAT
AT (H2SO4) PADA ECENG GOND
NDOK
HHORNIA CRASSIPES) SEBAG
AGAI
(EICHH
BAH
BAHAN
BAKU PEMBUATAN
GAS BIO
SKRIPSI
Oleh
PRI HARTINI
110405112
SKRIPSI INI DIA
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI
PI SEBAGIAN
PERSYAR
ARATAN MENJADI SARJANA TEKN
TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
D
FAKULTAS TEKNIK
UNI
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
AGUSTUS 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH METODE PRE-TREATMENT DENGAN NATRIUM
HIDROKSIDA (NaOH) DAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA ECENG
GONDOK (EICHHORNIA CRASSIPES) SEBAGAI BAHAN BAKU
PEMBUATAN GAS BIO
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi
ini adalah hasil karya saya 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, 30 Agustus 2016
Pri Hartini
NIM 110405112
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
PENGARUH METODE PRE-TREATMENT DENGAN NATRIUM
HIDROKSIDA (NaOH) DAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA ECENG
GONDOK (EICHHORNIA CRASSIPES) SEBAGAI BAHAN BAKU
PEMBUATAN GAS BIO
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diujikan pada sidang ujian skripsi pada 24 Agustus 2016 dan dinyatakan
memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, 30 Agustus 2016
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T
NIP.19681214 199702 2 002
Prof. Dr.Ir.Setiaty Pandia
NIP: 19530921198103 2 003
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Farida Hanum, ST, MT
NIP: 19780610 200212 2 003
ii
Universitas Sumatera Utara
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 Metode Pre-Treatment Natrium Hidroksida (NaOH) dan
Asam Sulfat (H2SO4) Pada Eceng Gondok (Eichhornia crassipes) Sebagai Bahan
Baku Pembuatan Gas Bio”, 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:
1.
Penelitian ini membantu pengolahan limbah eceng gondok sehingga
mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.
2.
Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber
energi alternatif, yaitu biogas.
3.
Penelitian ini memberikan informasi mengenai pengaruh pre-treatment pada
eceng gondok terhadap gas bio yang dihasilkan.
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.
Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak
memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian.
2.
Ir. Bambang Trisakti, MT
selaku Dosen Penguji dan Kepala
Laboratorium Proses Industri Kimia
3.
Farida Hanum, ST, MT selaku Dosen Penguji yang telah memberikan
saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
4.
Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5.
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
iii
Universitas Sumatera Utara
6.
Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa
memberikan arahan dan motivasi selama menyelesaikan perkuliahan.
7.
Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan
bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.
8.
Ibu Dr.Zuhrina Masythah,ST.M.Sc yang telah banyak membantu dalam
hal dukungan moril dan materil.
9.
Ibu Ir. Kartini Noor Hafni, MT yang telah banyak membantu dalam hal
dukungan moril dan materil.
10. Rekan penelitian Amin Trisnawati dan rekan-rekan PIK yaitu Erlangga
Wicaksana, Gita Ferani, Rio Nazif, Ayu Afrina, Cindy Carnella.
11. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman
stambuk 2011 terutama Muliani, Dasa, Fahmi, Edi, Raymon, Budi, Yola,
Pity, Yani, Kherly, Cici, Bagus, Budi, Randi, Lulu, Endah, Yus, Rizka, Rio,
Mumut, Nanad, Azzah, Winda, Ermi, Amri, Iqbal, Nora, Happy, Henni,
Fitri, Windi, Yosef, Muksal dan semua stambuk 2011, serta senior/ junior
yang memberikan banyak dukungan, semangat dan kenangan tak terlupakan
kepada penulis.
12. Keluarga yang sangat luar biasa khususnya Ibu Yuni Hasibuan, Eko
Saputra, Febri Sri Utami, Fitri Nurlaili H, Nuzulia Isni, Nurul Fuzna.
Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian 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, 30 Agustus 2016
Penulis
Pri Hartini
iv
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Alhamdulillahirobbilalamiin.
Skripsi ini saya didedikasikan kepada orang tua saya,
(Alm) Senen Hadiwiyono dan Ibunda Sulastri
Terimakasih telah berkorban dari ku kecil hingga saat ini.
Rasa syukur tak hingga selalu kuucapkan untuk kalian
yang telah menampungku di dunia ini hingga saat ini.
Kesabaran yang ada disisi ibu mengajarkanKu untuk selalu
kuat menghadapi segala tantangan hidup ini. Tak tau
jadi apa jika kalian tidak ada di hidupKu. Semoga
bunda disana senang juga melihat anaknya yang telah
berjuang menyelesaikan studinya disini.
kepada Om dan Ibu saya,
Suranto, Berkah Sugiri, Abdi Santoso dan Tety Lusiani
Terimakasih atas bantuan dan dukungannya.
serta Keponakan saya,
Anugerah ,Tiara, Farrel,, Diva , Ezra, Tyo,
Chena dan Haqi
Terimakasih atas semangat dan keceriaannya.
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Pri Hartini
Nim : 110405112
Tempat/ tgl lahir : Medan, 20 Februari 1993
Nama orang tua :
(Alm) Senen Hadiwiyono dan Sulastri
Alamat orang tua :
Jl. Bunga Teratai No 3, Padang Bulan, Medan
Asal sekolah
•
•
•
•
TK ‘Aisyiyah Bustanul Athfal 1998-1999
SD Pembangunan Didikan Islam tahun 1999–2005
SMP Dharma Pancasila Medan tahun 2005–2008
SMA Negeri 15 Medan tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh :
1. Beasiswa Pendidikan Mahasiswa dan Berprestasi 2011-2015
Pengalaman organisasi/ kerja :
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai anggota Bidang Hubungan Keluar Instansi dan
Alumni
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Bidang
Hubungan Masyarakat
3. Kerja praktek di PTPN IV SAWIT LANGKAT (SAL) 02 Februari-02
April 2015
Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
1. Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Eceng Gondok
(Eichhornia Crassipes) Dengan Metode Perlakuan Awal Menggunakan
Natrium Hidroksida (NaOH) Terhadap Biogas Yang Dihasilkan
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efek metode pre-treatment alkali dan
asam pada kualitas dan kuantitas gas bio serta mengevaluasi potensi ekonomi dari
gas bio yang dihasilkan dari campuran tersebut. Penelitian dilakukan pada eceng
gondok dan NaOH yang difermentasi pada konsentrasi 2,86; 3; 4; dan 6,67 M
dicampur dengan air dan starter kotoran sapi didalam digester anaerobik sistem batch
kapasitas 2,5 L. Pada penelitian ini produksi gas bio tertinggi terjadi pada konsentrasi
NaOH 6,67 M dengan volume gas bio 506 mL dan nilai TSS 193 mg/L, COD 2850
mg/L, pH 6-7. Sedangkan hasil minimum terjadi pada konsentrasi NaOH 3 M
dengan nilai TSS 291 mg/L, COD 4965 mg/L dan volume gas bio yang dihasilkan
158 mL. Potensi ekonomi dari pemanfaatan campuran limbah eceng gondok, NaOH,
starter serta air sebagai gas bio menguntungkan.
Kata kunci: eceng gondok, treatment, digester anaerobik, TSS, COD
vii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The purpose of this study to determine the effect of alkali and acid pretreatment methods on the quality and quantity of biogas which made from a mixture
of water hyacinth, NaOH, starter and water by using anaerobic digesters batch
system and evaluate the economic potential of biogas which produced from the
mixture. The study was did by mixing the water hyacinth with NaOH in a
concentration of 2,86; 3; 4; and 6,67 (M) with water mixed with cow dung starter in
an anaerobic digester batch system of 2,5 L capacity. In this study the highest biogas
production at NaOH concentration 6,67 M, with biogas volume 506 mL. TSS value
193 mg/L, COD 2850 mg/L, pH 6-7. For lowest biogas production at NaOH
concentration 3 M, TSS value 291 mg/L, COD 4965 mg/L and biogas volume 158
mL. The economic potential of the utilization of water hyacinth, NaOH, starter and
water mixture as biogas is profitable.
Keywords: hyacinth, treatment, anaerobic digesters, TSS, COD
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PERNGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xii
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
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 ECENG GONDOK
7
2.2 GAS BIO
12
2.2.1 Pengertian Gas Bio
12
2.2.2 Prinsip Dasar Gas Bio
14
2.2.2.1 Hidrolisis
17
2.2.2.2 Asidogenesis
17
2.2.2.3 Asetogenesis
18
2.2.2.4 Metanogenesis
18
ix
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Digestasi Anaerobik
19
2.2.4 Pre-Treatment
23
2.3 PARAMETER PENELITIAN
27
2.3.1 Derajat Keasaman (pH)
27
2.3.1 Chemical Oxygen Demand (COD)
27
2.3.2 Total Suspended Solid (TSS)
28
2.4 POTENSI EKONOMI
29
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
31
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
31
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
31
3.2.1 Bahan
31
3.2.2 Peralatan
32
3.2.3 Rangkaian Peralatan
32
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN
33
3.3.1 Proses Pre-Treatment
33
3.3.2 Proses Pembuatan Starter
33
3.3.3 Proses Pembuatan Gas Bio
33
3.4 FLOWCHART PERCOBAAN
34
3.4.1 Flowchart Proses Pre-Treatment
34
3.4.2 Flowchart Proses Pembuatan Starter
35
3.4.3 Flowchart Proses Pembuatan Gas Bio
36
3.5 PROSEDUR ANALISA
37
3.5.1 Analisa Konsentrasi COD
37
3.5.2 Analisa Konsentrasi TSS
38
3.5.3 Analisa pH
39
3.5.4 Pengukuran Volume Gas Bio
39
3.5.5 Penentuan Kualitas Gas Bio
39
3.6 FLOWCHART PENELITIAN
40
3.6.1 Flowchart prosedur Analisis COD
40
3.6.2 Flowchart prosedur Analisis TSS
42
3.6.3 Flowchart prosedur Analisis pH
43
x
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
44
4.1 HASIL PENELITIAN
44
4.2 PEMBAHASAN
44
4.2.1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terdahap Volume Gas Bio
44
4.2.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Biogas Yang
47
Dihasilkan Pada Beberapa Sampel
4.2.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terdahap Derajat Keasaman (pH)
49
Pada Beberapa Sampel
4.2.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan
51
Chemical Oxygen Demand (COD)
4.2.5 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan
53
Total Suspended Solid (TSS)
4.3 HASIL UJI NYALA GAS BIO
54
4.4 PARAMETER ANALISIS VS STANDARD KEMEN LH NO.
55
1815/2014 TENTANG BAKU MUTU AIR LIMBAH
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
56
5.1 KESIMPULAN
56
5.1 SARAN
57
DAFTAR PUSTAKA
58
LAMPIRAN 1
64
LAMPIRAN 2
68
LAMPIRAN 3
72
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Eceng Gondok
8
Gambar 2.2 Aplikasi Eceng Gondok
11
Gambar 2.3 Diagram Alir Pembuatan Gas Bio dari Eceng Gondok
12
Gambar 2.4 Proses dalam reaktor gas bio
16
Gambar 2.5 Reaksi Asedogenesis
18
Gambar 2.6 Reaksi Asetogenesis
18
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan dalam Pembuatan Gas Bio
32
Gambar 3.2 Flowchart Proses Pre-Treatment
34
Gambar 3.3 Flowchart Proses Pembuatan Starter
35
Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Gas Bio
36
Gambar 3.5 Flowchart Analisa COD
40
Gambar 3.6 Flowchart Analisa TSS
42
Gambar 3.7 Flowchart Pengukuran pH
43
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Gas Bio
45
Pada Beberapa Sampel
Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Biogas Yang
47
Dihasilkan Pada Beberapa Sampel
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi Terhadap Derajat
49
Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase
51
Penyisihan COD Pada Beberapa Sampel
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan
53
TSS Pada Beberapa Sampel
Gambar L1.1 Hasil Analisa Rasio C/N Eceng Gondok
66
Gambar L1.2 Standars Baku Mutu KEMEN LH
67
Gambar L3.1 Eceng Gondok (Sampel)
72
Gambar L3.2 Pengambilan Sampel (Eceng Gondok)
72
Gambar L3.3 Pengecilan Ukuran Sampel
73
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar L3.4 Eceng Gondok Setelah Proses Treatment NaOH dan Asam
73
Sulfat
Gambar L3.5a Proses Pengambilan Kotoran Sapi
74
Gambar L3.5b Proses Penambahan Air dan Pengadukan Kotoran Sapi
74
Gambar L3.6 Rangkaian Peralatan Digester
75
Gambar L3.7 Analisa pH
75
Gambar L3.8a Analisa Total Suspended Solid (TSS)
76
Gambar L3.8b Analisa Total Suspended Solid (TSS)
76
Gambar L3.8c Analisa Total Suspended Solid (TSS)
77
Gambar L3.9 Analisa COD (Chemical Oxigen Demand)
77
Gambar L3.10a Biogas dalam Kantong Plastik
78
Gambar L3.10b Uji Nyala Gas Bio
78
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu Tentang Pembuatan Gas Bio
2
dari Eceng Gondok
Tabel 2.1 Komposisi pada Eceng Gondok (Berat Kering)
11
Tabel 2.2 Pengaruh Komponen-komponen Dalam Biogas dan Pengaruhnya
13
Tabel 2.3 Kondisi Pengoperasian pada Proses Pencernaan Anaerobik
15
Tabel 2.4 Komposisi Biogas
15
Tabel 2.5 Karakteristik Gas Bio
15
Tabel 2.6 Bahan Kimia yang Sering Digunakan sebagai Bahan Penyangga
21
Tabel 2.7 Rasio Karbon dan Nitrogen dari Beberapa Bahan
22
Tabel 2.8 Teknologi Praperlakuan, Deskripsi, Kekurangan dan Kelebihan
24
Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Eceng Gondok Sebelum Fermentasi
44
Tabel 4.2 Hasil Uji Nyala Gas Bio Pada Beberapa Perbandingan Sampel
54
Tabel 4.3 Parameter Analisis Vs Standard KEMEN LH No. 1815/2014
55
Tentang Baku Mutu Air Limbah
Tabel L1.1 Data Hasil Penelitian
65
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA HASIL ANALISIS
64
1.1 Data Hasil Penelitian
64
1.2 Hasil Analisa Uji Laboratorium
65
1.3 Baku Mutu Air Limbah
66
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN
68
2.1 Perhitungan Volume Digester
68
2.2 Perhitungan Bahan
68
2.3 Perhitungan Glukosa Yang Digunakan
69
2.4 Perhitungan Total Suspended Solid (TSS)
70
2.5 Perhitungan Persentase Penyisihan
70
2.6 Perhitungan COD terkonversi
71
LAMPIRAN 3 FOTO PENELITIAN
72
3.1 Eceng Gondok (Sampel)
72
3.2 Pengambilan Sampel
72
3.3 Pengecilan Ukuran Sampel
73
3.4 Eceng Gondok Setelah Proses Treatment
73
3.5 Proses Pembuatan Starter
74
3.6 Digester Anaerob
75
3.7 Analisa pH
75
3.8 Analisa TSS
76
3.9 Analisa COD
77
3.10 Uji Kualitas Gas Bio
78
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
COD
Chemical Oxygen Demand
TSS
Total Suspended Solid
CH4
Gas Metana
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
A
Berat filter dan residu sesudah pemanasan 105 oC
(mg)
B
Berat filter kering sesudah pemanasan 105 oC
(mg)
C
Volume sampel
(ml)
xvii
Universitas Sumatera Utara
HM
METODE PRE-TREATMENT
NT DENGAN
UM HIDROKSIDA (NaOH) DAN AS
ASAM
NATRIUM
SULFAT
AT (H2SO4) PADA ECENG GOND
NDOK
HHORNIA CRASSIPES) SEBAG
AGAI
(EICHH
BAH
BAHAN
BAKU PEMBUATAN
GAS BIO
SKRIPSI
Oleh
PRI HARTINI
110405112
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
D
FAKULTAS TEKNIK
UNI
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
AGUSTUS 2016
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH
HM
METODE PRE-TREATMENT
NT DENGAN
UM HIDROKSIDA (NaOH) DAN AS
ASAM
NATRIUM
SULFAT
AT (H2SO4) PADA ECENG GOND
NDOK
HHORNIA CRASSIPES) SEBAG
AGAI
(EICHH
BAH
BAHAN
BAKU PEMBUATAN
GAS BIO
SKRIPSI
Oleh
PRI HARTINI
110405112
SKRIPSI INI DIA
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI
PI SEBAGIAN
PERSYAR
ARATAN MENJADI SARJANA TEKN
TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
D
FAKULTAS TEKNIK
UNI
NIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
AGUSTUS 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH METODE PRE-TREATMENT DENGAN NATRIUM
HIDROKSIDA (NaOH) DAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA ECENG
GONDOK (EICHHORNIA CRASSIPES) SEBAGAI BAHAN BAKU
PEMBUATAN GAS BIO
Dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi
ini adalah hasil karya saya 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, 30 Agustus 2016
Pri Hartini
NIM 110405112
i
Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
PENGARUH METODE PRE-TREATMENT DENGAN NATRIUM
HIDROKSIDA (NaOH) DAN ASAM SULFAT (H2SO4) PADA ECENG
GONDOK (EICHHORNIA CRASSIPES) SEBAGAI BAHAN BAKU
PEMBUATAN GAS BIO
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen
Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah
diujikan pada sidang ujian skripsi pada 24 Agustus 2016 dan dinyatakan
memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui,
Medan, 30 Agustus 2016
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T
NIP.19681214 199702 2 002
Prof. Dr.Ir.Setiaty Pandia
NIP: 19530921198103 2 003
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Farida Hanum, ST, MT
NIP: 19780610 200212 2 003
ii
Universitas Sumatera Utara
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 Metode Pre-Treatment Natrium Hidroksida (NaOH) dan
Asam Sulfat (H2SO4) Pada Eceng Gondok (Eichhornia crassipes) Sebagai Bahan
Baku Pembuatan Gas Bio”, 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:
1.
Penelitian ini membantu pengolahan limbah eceng gondok sehingga
mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.
2.
Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber
energi alternatif, yaitu biogas.
3.
Penelitian ini memberikan informasi mengenai pengaruh pre-treatment pada
eceng gondok terhadap gas bio yang dihasilkan.
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.
Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak
memberikan ilmu dan arahan dalam pelaksanaan penelitian.
2.
Ir. Bambang Trisakti, MT
selaku Dosen Penguji dan Kepala
Laboratorium Proses Industri Kimia
3.
Farida Hanum, ST, MT selaku Dosen Penguji yang telah memberikan
saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
4.
Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5.
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
iii
Universitas Sumatera Utara
6.
Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Pembimbing Akademik yang senantiasa
memberikan arahan dan motivasi selama menyelesaikan perkuliahan.
7.
Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen
Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan
bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.
8.
Ibu Dr.Zuhrina Masythah,ST.M.Sc yang telah banyak membantu dalam
hal dukungan moril dan materil.
9.
Ibu Ir. Kartini Noor Hafni, MT yang telah banyak membantu dalam hal
dukungan moril dan materil.
10. Rekan penelitian Amin Trisnawati dan rekan-rekan PIK yaitu Erlangga
Wicaksana, Gita Ferani, Rio Nazif, Ayu Afrina, Cindy Carnella.
11. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman
stambuk 2011 terutama Muliani, Dasa, Fahmi, Edi, Raymon, Budi, Yola,
Pity, Yani, Kherly, Cici, Bagus, Budi, Randi, Lulu, Endah, Yus, Rizka, Rio,
Mumut, Nanad, Azzah, Winda, Ermi, Amri, Iqbal, Nora, Happy, Henni,
Fitri, Windi, Yosef, Muksal dan semua stambuk 2011, serta senior/ junior
yang memberikan banyak dukungan, semangat dan kenangan tak terlupakan
kepada penulis.
12. Keluarga yang sangat luar biasa khususnya Ibu Yuni Hasibuan, Eko
Saputra, Febri Sri Utami, Fitri Nurlaili H, Nuzulia Isni, Nurul Fuzna.
Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian 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, 30 Agustus 2016
Penulis
Pri Hartini
iv
Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Alhamdulillahirobbilalamiin.
Skripsi ini saya didedikasikan kepada orang tua saya,
(Alm) Senen Hadiwiyono dan Ibunda Sulastri
Terimakasih telah berkorban dari ku kecil hingga saat ini.
Rasa syukur tak hingga selalu kuucapkan untuk kalian
yang telah menampungku di dunia ini hingga saat ini.
Kesabaran yang ada disisi ibu mengajarkanKu untuk selalu
kuat menghadapi segala tantangan hidup ini. Tak tau
jadi apa jika kalian tidak ada di hidupKu. Semoga
bunda disana senang juga melihat anaknya yang telah
berjuang menyelesaikan studinya disini.
kepada Om dan Ibu saya,
Suranto, Berkah Sugiri, Abdi Santoso dan Tety Lusiani
Terimakasih atas bantuan dan dukungannya.
serta Keponakan saya,
Anugerah ,Tiara, Farrel,, Diva , Ezra, Tyo,
Chena dan Haqi
Terimakasih atas semangat dan keceriaannya.
v
Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Pri Hartini
Nim : 110405112
Tempat/ tgl lahir : Medan, 20 Februari 1993
Nama orang tua :
(Alm) Senen Hadiwiyono dan Sulastri
Alamat orang tua :
Jl. Bunga Teratai No 3, Padang Bulan, Medan
Asal sekolah
•
•
•
•
TK ‘Aisyiyah Bustanul Athfal 1998-1999
SD Pembangunan Didikan Islam tahun 1999–2005
SMP Dharma Pancasila Medan tahun 2005–2008
SMA Negeri 15 Medan tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh :
1. Beasiswa Pendidikan Mahasiswa dan Berprestasi 2011-2015
Pengalaman organisasi/ kerja :
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai anggota Bidang Hubungan Keluar Instansi dan
Alumni
2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Bidang
Hubungan Masyarakat
3. Kerja praktek di PTPN IV SAWIT LANGKAT (SAL) 02 Februari-02
April 2015
Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
1. Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Eceng Gondok
(Eichhornia Crassipes) Dengan Metode Perlakuan Awal Menggunakan
Natrium Hidroksida (NaOH) Terhadap Biogas Yang Dihasilkan
vi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui efek metode pre-treatment alkali dan
asam pada kualitas dan kuantitas gas bio serta mengevaluasi potensi ekonomi dari
gas bio yang dihasilkan dari campuran tersebut. Penelitian dilakukan pada eceng
gondok dan NaOH yang difermentasi pada konsentrasi 2,86; 3; 4; dan 6,67 M
dicampur dengan air dan starter kotoran sapi didalam digester anaerobik sistem batch
kapasitas 2,5 L. Pada penelitian ini produksi gas bio tertinggi terjadi pada konsentrasi
NaOH 6,67 M dengan volume gas bio 506 mL dan nilai TSS 193 mg/L, COD 2850
mg/L, pH 6-7. Sedangkan hasil minimum terjadi pada konsentrasi NaOH 3 M
dengan nilai TSS 291 mg/L, COD 4965 mg/L dan volume gas bio yang dihasilkan
158 mL. Potensi ekonomi dari pemanfaatan campuran limbah eceng gondok, NaOH,
starter serta air sebagai gas bio menguntungkan.
Kata kunci: eceng gondok, treatment, digester anaerobik, TSS, COD
vii
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
The purpose of this study to determine the effect of alkali and acid pretreatment methods on the quality and quantity of biogas which made from a mixture
of water hyacinth, NaOH, starter and water by using anaerobic digesters batch
system and evaluate the economic potential of biogas which produced from the
mixture. The study was did by mixing the water hyacinth with NaOH in a
concentration of 2,86; 3; 4; and 6,67 (M) with water mixed with cow dung starter in
an anaerobic digester batch system of 2,5 L capacity. In this study the highest biogas
production at NaOH concentration 6,67 M, with biogas volume 506 mL. TSS value
193 mg/L, COD 2850 mg/L, pH 6-7. For lowest biogas production at NaOH
concentration 3 M, TSS value 291 mg/L, COD 4965 mg/L and biogas volume 158
mL. The economic potential of the utilization of water hyacinth, NaOH, starter and
water mixture as biogas is profitable.
Keywords: hyacinth, treatment, anaerobic digesters, TSS, COD
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PERNGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xii
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
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 ECENG GONDOK
7
2.2 GAS BIO
12
2.2.1 Pengertian Gas Bio
12
2.2.2 Prinsip Dasar Gas Bio
14
2.2.2.1 Hidrolisis
17
2.2.2.2 Asidogenesis
17
2.2.2.3 Asetogenesis
18
2.2.2.4 Metanogenesis
18
ix
Universitas Sumatera Utara
2.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Digestasi Anaerobik
19
2.2.4 Pre-Treatment
23
2.3 PARAMETER PENELITIAN
27
2.3.1 Derajat Keasaman (pH)
27
2.3.1 Chemical Oxygen Demand (COD)
27
2.3.2 Total Suspended Solid (TSS)
28
2.4 POTENSI EKONOMI
29
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
31
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
31
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
31
3.2.1 Bahan
31
3.2.2 Peralatan
32
3.2.3 Rangkaian Peralatan
32
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN
33
3.3.1 Proses Pre-Treatment
33
3.3.2 Proses Pembuatan Starter
33
3.3.3 Proses Pembuatan Gas Bio
33
3.4 FLOWCHART PERCOBAAN
34
3.4.1 Flowchart Proses Pre-Treatment
34
3.4.2 Flowchart Proses Pembuatan Starter
35
3.4.3 Flowchart Proses Pembuatan Gas Bio
36
3.5 PROSEDUR ANALISA
37
3.5.1 Analisa Konsentrasi COD
37
3.5.2 Analisa Konsentrasi TSS
38
3.5.3 Analisa pH
39
3.5.4 Pengukuran Volume Gas Bio
39
3.5.5 Penentuan Kualitas Gas Bio
39
3.6 FLOWCHART PENELITIAN
40
3.6.1 Flowchart prosedur Analisis COD
40
3.6.2 Flowchart prosedur Analisis TSS
42
3.6.3 Flowchart prosedur Analisis pH
43
x
Universitas Sumatera Utara
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
44
4.1 HASIL PENELITIAN
44
4.2 PEMBAHASAN
44
4.2.1 Pengaruh Waktu Fermentasi Terdahap Volume Gas Bio
44
4.2.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Biogas Yang
47
Dihasilkan Pada Beberapa Sampel
4.2.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terdahap Derajat Keasaman (pH)
49
Pada Beberapa Sampel
4.2.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan
51
Chemical Oxygen Demand (COD)
4.2.5 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan
53
Total Suspended Solid (TSS)
4.3 HASIL UJI NYALA GAS BIO
54
4.4 PARAMETER ANALISIS VS STANDARD KEMEN LH NO.
55
1815/2014 TENTANG BAKU MUTU AIR LIMBAH
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
56
5.1 KESIMPULAN
56
5.1 SARAN
57
DAFTAR PUSTAKA
58
LAMPIRAN 1
64
LAMPIRAN 2
68
LAMPIRAN 3
72
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Eceng Gondok
8
Gambar 2.2 Aplikasi Eceng Gondok
11
Gambar 2.3 Diagram Alir Pembuatan Gas Bio dari Eceng Gondok
12
Gambar 2.4 Proses dalam reaktor gas bio
16
Gambar 2.5 Reaksi Asedogenesis
18
Gambar 2.6 Reaksi Asetogenesis
18
Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan dalam Pembuatan Gas Bio
32
Gambar 3.2 Flowchart Proses Pre-Treatment
34
Gambar 3.3 Flowchart Proses Pembuatan Starter
35
Gambar 3.4 Flowchart Pembuatan Gas Bio
36
Gambar 3.5 Flowchart Analisa COD
40
Gambar 3.6 Flowchart Analisa TSS
42
Gambar 3.7 Flowchart Pengukuran pH
43
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Gas Bio
45
Pada Beberapa Sampel
Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Yield Biogas Yang
47
Dihasilkan Pada Beberapa Sampel
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi Terhadap Derajat
49
Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.4 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase
51
Penyisihan COD Pada Beberapa Sampel
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan
53
TSS Pada Beberapa Sampel
Gambar L1.1 Hasil Analisa Rasio C/N Eceng Gondok
66
Gambar L1.2 Standars Baku Mutu KEMEN LH
67
Gambar L3.1 Eceng Gondok (Sampel)
72
Gambar L3.2 Pengambilan Sampel (Eceng Gondok)
72
Gambar L3.3 Pengecilan Ukuran Sampel
73
xii
Universitas Sumatera Utara
Gambar L3.4 Eceng Gondok Setelah Proses Treatment NaOH dan Asam
73
Sulfat
Gambar L3.5a Proses Pengambilan Kotoran Sapi
74
Gambar L3.5b Proses Penambahan Air dan Pengadukan Kotoran Sapi
74
Gambar L3.6 Rangkaian Peralatan Digester
75
Gambar L3.7 Analisa pH
75
Gambar L3.8a Analisa Total Suspended Solid (TSS)
76
Gambar L3.8b Analisa Total Suspended Solid (TSS)
76
Gambar L3.8c Analisa Total Suspended Solid (TSS)
77
Gambar L3.9 Analisa COD (Chemical Oxigen Demand)
77
Gambar L3.10a Biogas dalam Kantong Plastik
78
Gambar L3.10b Uji Nyala Gas Bio
78
xiii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Penelitian-penelitian Terdahulu Tentang Pembuatan Gas Bio
2
dari Eceng Gondok
Tabel 2.1 Komposisi pada Eceng Gondok (Berat Kering)
11
Tabel 2.2 Pengaruh Komponen-komponen Dalam Biogas dan Pengaruhnya
13
Tabel 2.3 Kondisi Pengoperasian pada Proses Pencernaan Anaerobik
15
Tabel 2.4 Komposisi Biogas
15
Tabel 2.5 Karakteristik Gas Bio
15
Tabel 2.6 Bahan Kimia yang Sering Digunakan sebagai Bahan Penyangga
21
Tabel 2.7 Rasio Karbon dan Nitrogen dari Beberapa Bahan
22
Tabel 2.8 Teknologi Praperlakuan, Deskripsi, Kekurangan dan Kelebihan
24
Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Eceng Gondok Sebelum Fermentasi
44
Tabel 4.2 Hasil Uji Nyala Gas Bio Pada Beberapa Perbandingan Sampel
54
Tabel 4.3 Parameter Analisis Vs Standard KEMEN LH No. 1815/2014
55
Tentang Baku Mutu Air Limbah
Tabel L1.1 Data Hasil Penelitian
65
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN 1 DATA HASIL ANALISIS
64
1.1 Data Hasil Penelitian
64
1.2 Hasil Analisa Uji Laboratorium
65
1.3 Baku Mutu Air Limbah
66
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN
68
2.1 Perhitungan Volume Digester
68
2.2 Perhitungan Bahan
68
2.3 Perhitungan Glukosa Yang Digunakan
69
2.4 Perhitungan Total Suspended Solid (TSS)
70
2.5 Perhitungan Persentase Penyisihan
70
2.6 Perhitungan COD terkonversi
71
LAMPIRAN 3 FOTO PENELITIAN
72
3.1 Eceng Gondok (Sampel)
72
3.2 Pengambilan Sampel
72
3.3 Pengecilan Ukuran Sampel
73
3.4 Eceng Gondok Setelah Proses Treatment
73
3.5 Proses Pembuatan Starter
74
3.6 Digester Anaerob
75
3.7 Analisa pH
75
3.8 Analisa TSS
76
3.9 Analisa COD
77
3.10 Uji Kualitas Gas Bio
78
xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
COD
Chemical Oxygen Demand
TSS
Total Suspended Solid
CH4
Gas Metana
xvi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
A
Berat filter dan residu sesudah pemanasan 105 oC
(mg)
B
Berat filter kering sesudah pemanasan 105 oC
(mg)
C
Volume sampel
(ml)
xvii
Universitas Sumatera Utara