Pengaruh Penghentian Natrium Bikarbonat Terhadap Unjuk Kerja Fermentor Dengan Dan Tanpa Recycle Pada Proses Fermentasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Judul Tesis : PENGARUH PENGHENTIAN NATRIUM BIKARBONAT TERHADAP UNJUK KERJA FERMENTOR DENGAN DAN TANPA RECYCLE PADA PROSES FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT Nama Mahasiswa : FRISTYANA SOSANTY LUBIS Nomor Induk Mahasiswa : 107022001 Program Studi : MAGISTER TEKNIK KIMIA Menyetujui Komisi Pembimbing Komisi Pembimbing 1 Komisi Pembimbing II (Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hsb, M.T) (Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si)
NIP. 196808081994032003 NIP.196808201995011001
Ketua Program Studi Dekan FT-USU(Dr. Ir. Taslim, M. Si) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME) NIP. 196501151990031002 NIP 19571001198501005 Telah diuji pada Tanggal 26 Juni 2013
PENGARUH PENGHENTIAN NATRIUM BIKARBONAT TERHADAP UNJUK KERJA FERMENTOR DENGAN DAN TANPA RECYCLE PADA PROSES FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Pada Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara OLEH FRISTYANA SOSANTY LUBIS 107022001/TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hsb, M. T Anggota : - Dr. Eng. Ir. Irvan, M. Si
- Dr. Ir. Taslim, M. Si - Dr. Ir. Fatimah, M. T - Dr. Ir. Iriany, M. Si
ABSTRAK Berdasarkan penelitian-penelitian yang telah ada, diketahui dengan adanya sistem recycle sludge dapat meningkatkan laju dekomposisi COD, serta dapat meningkatkan nilai Volatil Solid (VS), sehingga meningkatkan produksi biogas. Diketahui bahwa penggunaan NaHCO 3 dalam proses anaerobik dapat mempengaruhi proses fermentasi. Penambahan NaHCO juga 3 sangat dibutuhkan sebagai penetral pH, dan meningkatkan alkalinitas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh jika dilakukan penghentian NaHCO 3 terhadap produksi biogas, pH dan alkalinitas baik menggunakan sistem recycle maupun tanpa recycle. Penelitian dilakukan dengan menggunakan reaktor berpengaduk kontinu Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) bervolume 2 liter. Bahan yang digunakan sebagai umpan fermentor adalah limbah cair dari PKS ADOLINA PTPN IV, dengan bahan tambahan berupa natrium bikarbonat (NaHCO 3 ), larutan logam (trace metals) FeCl 2 , NiCl.6H 2 O dan CoCl 2 .6H 2 O. Variabel-variabel yang diamati antara lain M-Alkalinitas, Total Solid (TS), VS, dan produksi biogas pada Hydraulic Retention Time (HRT) 6 hari. Dari hasil penelitian ini diperoleh produksi biogas sistem recycle dengan dihentikan penambahan NaHCO 3 rata-rata 5,5-6,5 L/hari, menggunakan NaHCO 3 7-8,5 L/hari, pH yang diperoleh stabil, alkalinitas yang dihasilkan rata-rata 1500 mg/L , laju dekomposisi VS fermentasi recycle dihentikan penambahan NaHCO 3 rata-rata 60%, menggunakan NaHCO 3 80%. Sedangkan untuk non- recycle produksi biogas dihentikan penambahan NaHCO rata-rata 5-6 L/hari, 3 menggunakan NaHCO 6-8 L/hari, pH yang dihasilkan juga stabil, laju dekomposisi yang 3 dihasilkan dihentikan penambahan NaHCO 3 rata-rata 45%, menggunakan NaHCO 3 55%.
Kata kunci : Biogas, limbah cair pabrik kelapa sawit, natrium bikarbonat, thermofilik.
ABSTRACT Based on the preliminary research, it was found that recycle sludge system can increase the rate of COD decomposition and the value of Volatile Solid (VS) so that biogas production can be increased. It was also found that the use of NaHCO , in the anaerobic process can 3 influence fermentation process. The increase of NaHCO 3 can also be needed to neutralize pH and increase alkalinity. The objective of the research was to find out the amount of influence if NaHCO was stopped on biogas production, pH, and alkalinity with or without recycle. 3 The research was conducted by using two liters of Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR). The material used as ferment feedback was liquid waste from PKS ADOLINA PTPN IV with supplements such as sodium bicarbonate (NaHCO ), trace metals FeCl , NiCl.6H O, and 3 2 2 CoCl.6H 2 O. The observed variables were M-Alkalinity, Total Solid (TS), VS, and biogas production in Hydraulic Retention Time (HRT) in six days. The result of the research showed that biogas production of recycle system and the elimination of the average of 5,5-6,5 L/day of NaHCO 3 , using NaHCO 3 , 7-8,5 L/day, pH was stable, alkalinity was on the average of 1500 mg/L, decomposition rate of VS fermentation recycle which was produced if the additional NaHCO was stopped on the average of 60%, using 80% of NaHCO on the 3 3 average of 5-6 L/day, using NaHCO 3 6-8 L/day, ph was stable, decomposition rate of which was produced if the additional NaHCO 3 was stopped on the average of 45%, using 55% of NaHCO 3. Keywords: Biogas, Liquid Waste of Oil Palm Plant, Sodium Bicarbonate, Thermophylic
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang selalu melimpahkan karunia dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Laporan Hasil Penelitian untuk penyusunan tesis Magister Teknik Kimia.
Dalam penyusunan penelitian ini, penulis mendapatkan bimbingan serta bantuan dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hsb, MT selaku Ketua Komisi Pembimbing dan Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam penyusunan Laporan Hasil Penelitian ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Ir. Taslim, M.si selaku ketua Program Studi Magister Teknik Kimia yang memberikan masukan dan bantuan pada penulis dalam mengajukan Penelitian ini, Bapak Ir. Bambang Trisakti dan Mr. Tomiuchi Yoshimassa yang telah memberikan masukan dan saran dalam penyusunan Laporan Hasil Penelitian ini, rekan-rekan di LPPM USU yang telah membantu dan memberi dukungan serta seluruh pihak yang telah membantu dalam penulisan Laporan Hasil Penelitian ini.
Penulis mengharapkan masukan, saran maupun kritik yang membantu sehingga Laporan Hasil Penelitian ini lebih sempurna lagi. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, 2013 Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis lahir di Sosa pada tanggal 21 Agustus 1985 yang merupakan anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan Bapak Dahrial Efendy Lubis dan Ibu Rohana Sinaga, S.E.
Pendidikan TK di tempuh di TK SISALANA Laras pada tahun 1989-1991, kemudian melanjutkan ke pendidikan sekolah dasar di SDN IV Laras pada tahun 1991-1997, kemudian melanjutkan ke MTs Ponpes Modern Muhammadiyah Langkat-Binjai pada tahun 1997-2000, dan MA Ponpes Modern Muhammadiyah Langkat-Binjai pada tahun 2000-2003.
Pada tahun 2003 Penulis melanjutkan pendidikan di LPP Yogyakarta (D3) Teknik
Kimia dan lulus Ahli Madya (AMD) pada tahun 2006. Kemudian pada tahun 2006
Penulis melanjutkan pendidikan di IST AKPRIND Yogyakarta (S1) Teknik Kimia
dan lulus Sarjana Teknik pada tahun 2010. Setelah itu Penulis mengambil program
Magister Teknik Kimia di Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK .................................................................................................................i ABSTRACT...............................................................................................................ii KATA PENGANTAR ...............................................................................................iii RIWAYAT HIDUP....................................................................................................v DAFTAR ISI..............................................................................................................vi DAFTAR GAMBAR .................................................................................................x DAFTAR TABEL......................................................................................................xii DAFTAR SINGKATAN ...........................................................................................xiv
BAB I PENDAHULUAN .....................................................................................1
1.1. Latar Belakang .................................................................................1
1.2. Perumusan Masalah .........................................................................7
1.3. Tujuan Penelitian .............................................................................8
1.4. Lingkup Penelitian ...........................................................................8
1.5. Manfaat Penelitian ...........................................................................9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................10
2.1. Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit....................................................10
2.2. Pengolahan Limbah Cair Secara Anaerobik ....................................12
2.3. Biogas...............................................................................................19
2.4. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas ......................22
2.5. Komponen-Komponen dalam Biogas ..............................................23
2.6. Natrium Bikarbonat (NaHCO
3 ) .......................................................24
2.7. Pengaruh Sistem Recycle Terhadap Proses Pengolahan POME ......25
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................................................27
1.1. Lokasi Penelitian..............................................................................27
1.2. Bahan dan Peralatan .........................................................................27
1.3. Tahap Penelitian...............................................................................30
1.4. Prosedur Penelitian...........................................................................30
1.4.1. Loading Up...........................................................................30
1.4.2. Pembuatan Umpan ...............................................................31
1.4.3. Prosedur Recycle ..................................................................31
1.4.4. Pengujian Sampel .................................................................32
1.4.5. Prosedur Analisa ..................................................................33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................35
1.1. Karakteristik LCPKS sebagai Bahan Baku......................................35
1.2. Produksi Biogas Selama Proses Fermentasi Anaerobik ..................35
1.3. Pengaruh Penghentian NaHCO
3 Terhadap M-Alkalinitas...............38
1.4. Pengaruh Penghentian NaHCO
3 Terhadap pH ................................41
1.5. Pengaruh Penghentian NaHCO
3 Terhadap Laju Dekomposisi
TS (%) ..............................................................................................43
1.6. Pengaruh Penghentian NaHCO
3 Terhadap Laju Dekomposisi
VS (%)..............................................................................................45
1.7. Profil Pengaruh Sistm Recycle dan Non-Recycle Terhadap Laju Dekomposisi COD...................................................................47
1.8. Pengaruh Dihentikan Penambahan NaHCO
3 Terhadap
Biaya Produksi .................................................................................48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................52
1.1. Kesimpulan ......................................................................................52
1.2. Saran.................................................................................................54 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................55 LAMPIRAN A PROSEDUR PENELITIAN.............................................................59
LA.1 Tahap Penelitian Fermentasi Dihentikan NaHCO .......................59
3 LA.2 Prosedur Loading Up .....................................................................60
LA.3 Pembuatan Umpan.........................................................................61 LA.4 Prosedur Recycle............................................................................62 LA.5 Pengujian Sampel ..........................................................................63 LA.6 Prosedur Analisa ............................................................................64 LA.7 Pembuatan Starter untuk Fermentasi Menggunakan NaHCO
3 .....66
LA.8 Loading Up dan Operasi Target ....................................................66 LA.9 Prosedur Pembuatan Umpan..........................................................67 LA.10 Prosedur Recycle............................................................................67 LA.11 Pengujian Sampel ..........................................................................68
LAMPIRAN B KARAKTERISTIK SAMPEL .........................................................73 LB.1 Karakteristik LCPKS Adolina dan Keluaran Fermentasi ..............73
LB.2 Data Biogas Fermentasi dengan Recycle Dihentikan NaHCO
3 .....74
LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN ............................................................85 LC.1 Perhitungan Produksi Biogas/VS ..................................................85 LC.2 Perhitungan Laju TS dan VS yang Terdegradasi ..........................85 LC.3 Perhitungan Kestabilan 3 × HRT 6................................................86 LC.4 Perhitungan Penggunaan NaHCO
3 ................................................88
LAMPIRAN D DOKUMENTASI.............................................................................92
DAFTAR GAMBAR
Nomor Halaman
2.1 Konversi Bahan Organik Menjadi Metana Secara Anaerobik .........................13 2.2 (A) Pembentukan Metana dari Asetat dan (B) dari Karbon Dioksida..............16
3.1 Skematik Rangkaian Peralatan Konversi LCPKS Menjadi Biogas..................29
4.1 Produksi Biogas vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Recycle .......................36
4.2 Produksi Biogas vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Non-Recycle ...............36
4.3 M-Alkalinity vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Recycle .............................39
4.4 M-Alkalinity vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Non-Recycle .....................39 4.5 pH vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Recycle.............................................41 4.6 pH vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Non-Recycle.....................................42
4.7 Laju Dekomposisi TS vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Recycle ..............43
4.8 Laju Dekomposisi TS vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Non-Recycle ......44
4.9 Laju Dekomposisi Vs vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Recycle...............46
4.10 Laju Dekomposisi Vs vs Waktu Fermentasi dengan Sistem Non-Recycle.......46 A.1 Flowchart Tahap Penelitian Fermentasi Dihentikan Penambahan
NaHCO 3 ............................................................................................................59
A.2 Flowchart Prosedur Loading Up ......................................................................60 A.3 Flowchart Pembuatan Umpan ..........................................................................61 A.4 Flowchart Prosedur Recycle .............................................................................62 A.5 Flowchart Analisa M-Alkalinity .......................................................................64
D.1 Tangki Umpan ..................................................................................................92 D.2 Fermentor..........................................................................................................92 D.3 Gas Meter..........................................................................................................93 D.4 Botol Keluaran Fermentor (Discharge)............................................................93 D.5 Botol Biogas (Gas Collector) ...........................................................................94 D.6 Rangkaian Peralatan .........................................................................................94 D.7 Peralatan Analisa ..............................................................................................95 D.8 Furnace .............................................................................................................95 D.9 Oven..................................................................................................................96
DAFTAR TABEL
Nomor Halaman
1.1. Berbagai Penelitian Pembuatan Biogas yang Menggunakan NaHCO
3
sebagai Sumber Alkali......................................................................................5
2.1 Sifat dan Komposisi LCPKS ............................................................................10
2.2 Baku Mutu Limbah Cair Industri Minyak Kelapa Sawit..................................11
2.3 Keuntungan dan Kerugian Fermentasi Anaerobik ...........................................18
2.4 Komposisi Biogas Secara Umum .....................................................................20
2.5 Komponen-Komponen dalam Biogas dan Pengaruhnya ..................................23
4.1 Pengaruh Recycle dan Non-Recycle Terhadap Laju Dekomposisi COD..........48 B.1 Karakteristik LCPKS Adolina dan Keluaran Fermentasi .................................73 B.2.1 Data Biogas untuk Fermentasi dengan Recycle Dihentikan NaHCO
3 ..............74
B.2.2 Data Alkalinitas dan pH Dihentikan NaHCO
3 dengan Recycle .......................76
B.2.3 Data TS dan VS dengan Recycle Dihentikan NaHCO ....................................77
3 B.2.4 Data Biogas Fermentasi dengan Non-Recycle Dihentikan NaHCO 3 ................78
B.2.5 Data Alkalinity dan pH dengan Non-Recycle Dihentikan NaHCO
3 .................80
B.2.6 Data TS dan VS dengan Non-Recycle Dihentikan NaHCO
3 ............................81
B.2.7 Data Biogas Fermentasi Menggunakan NaHCO
3 .............................................82
B.2.8 Data Alkalinitas, Kandungan CH dan CO Menggunakan NaHCO ..............83
4
2
3 B.2.9 Data Kadar Fe, Laju Degradasi Total Solid dan Volatil Solid
Menggunakan NaHCO
3 ....................................................................................84
L.C.1 Persen Penggantian Isi Digester .......................................................................87
DAFTAR SINGKATAN
COD : Chemical Oxygen Demand CSTR : Continuous Stirred Tank Reactor CDM : Clean Development Mechanism HRT : Hydraulic Retention Time LCPKS : Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit PKS : Pabrik Kelapa Sawit POME : Palm Oil Mill Effluent PTPN : Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara TS : Total Solid
VS : Volatile Solid SRT : Sludge Retention Time