PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN pH PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 C

  PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN pH PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 C SKRIPSI Oleh RAMLAN 110405017 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2015

  PENGARUH HYDRAULIC RETENTION TIME (HRT) DAN pH

PADA PROSES ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK

KELAPA SAWIT (LCPKS) MENGGUNAKAN

  TEMPERATUR 45 C SKRIPSI Oleh RAMLAN 110405017 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA SEPTEMBER 2015

  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 Hydraulic Retention Time (HRT) dan pH pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada Temperatur 45

  o

  C ”, 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 memberikan informasi mengenai proses loading up dan variasi pH dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis

  o

  menggunakan temperatur 45 C sehingga lebih menghemat energi yang umumnya digunakan untuk pemanas.

2. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan mengenai pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit.

  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.

  Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si dan Ir. Bambang Trisakti, MT selaku Pembimbing 2. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku

  Penguji 3. Ir. Renita Manurung, MT selaku Koordinator Skripsi

  Penulis menyadari bahwa laporan hasil penelitian ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini.

  Medan, September 2015 Penulis Ramlan

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1.

  Orang tua penulis, Ayahanda Mantari Mudo, Ibunda Khalimatussakdiah, Kak Kholidahanum, Kak Enna, Bang Basri, Bang Aman Nasir, Bang Abdi dan Anidah yang sangat banyak memberikan dukungan moril maupun materil bagi penulis dalam segala hal terkhusus untuk kakak tercinta Almarhumah Naimah meski beliau belum diizinkan merayakan apa yang diperjuangkannya pada skripsi ini.

  2. Rekan penelitian Rio Agung Prakoso dan rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi, Bg Dedy Anwar, Aidil Saputra, M. Darul Nafis, Intan Afrilia, Yola Melida, Ekuino Simanungkalit, Tri Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan Muksalmina.

  3. Teman sejawat, adik dan abang/kakak senior serta teman-teman stambuk 2011 yang telah banyak memberikan banyak dukungan, semangat, doa, pembelajaran hidup dan kenangan tak terlupakan kepada penulis.

  4. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Ramlan NIM : 110405017 Tempat, tanggal lahir : Huta Gambir/ 10 Desember 1992 Nama Orang Tua : Mantari Mudo dan Khalimatussakdiah Alamat Orang Tua: Pakantan Dolok, Kecamatan Pakantan, Mandailing Natal, Sumatera Utara

  Asal Sekolah:  SD Negeri 1440062 tahun 1999–2005  SMP Negeri 1 Pakantan tahun 2005–2008  SMA Negeri 2 Plus Panyabungan tahun 2008–2011 Beasiswa yang pernah diperoleh: 1.

  Beasiswa Bidik Misi tahun 2011–2015 Pengalaman Organisasi/Kerja: 1.

  Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota Hubungan Masyarakat

2. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai anggota Peningkatan

  Akademik dan Literatur 3. Ikatan Alumni SMA N 2 Plus Mandailing Natal 4.

  Kerja Praktek di PTPN III PKS Rambutan

  ABSTRAK

  Proses asidognesis merupakan tahap pertama dalam proses digestasi anaerobik. Proses asidognesis menghasilkan volatile fatty acid (VFA) yang menjadi substrat untuk tahap metanognesis dalam memproduksi biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi

  Hydraulic Retention Time (HRT) dan pH serta mendapatkan kondisi

  pH terbaik dalam proses asidogenesis menggunakan Limbah Cair Pabrik Kelapa sawit (LCPKS) pada temperatur 45

  C. Proses loading-

  up dilakukan dengan memvariasikan HRT kemudian operasi target

  dilakukan dengan memvariasikan pH fermentor Continous Stirred

  Tank Reactor (CSTR), yaitu pH 6,0; 5,5; 5,0 dan 4,5 dengan kondisi

  pengadukan 150 rpm. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi VFA pada asidogenesis. Pembentukkan VFA total tertinggi dicapai pada variasi pH 5,5 yakni 20.298,85 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat dan asam butirat masing- masing sebesar 8.503,90; 2.341,38 dan 9.453,55 mg/L, dengan degradasi VS dan COD masing-masing sebesar 28 % dan 39 % dan rasio VFA/Alkalinitas 12,793.

  Kata kunci : asidogenesis, digestasi anaerobik, LCPKS, VFA, HRT

  ABSTRACT Acidogenesis process is first step in anaerobic digestion process.

  Acidogenesis process produce volatile fatty acid (VFA) as a substrat in methanogenesis process to produce biogas. This research aimed to obtain effect of Hydraulic retention time (HRT) and pH also obtain the best pH in asidognesis process of palm oil mill effluent (POME) at o temperature 45

  C. Loading up was done by varying the HRT 20,15,10,4 then followed by target operation by varying the pH (4,5;5,0; 5,5, and 6,0) of the CSTR fermentor with mixing of 150 rpm o and temperature of 45

  C. Analysis for solids (TS, VS, TSS, and VSS), COD, and VFA are being done to study the conversion of organic compounds to VFA during acidogenesis. The highest VFA of 20.298,85 mg/L are formed at pH 5,5 with the concentrations of acetic acid, propionic acid, and butyric acid are 8.503,90; 2.341,38 and 9.453,55 mg/L, respectively through the VS and COD degradation of 28 and 39 %, respectively and VFA/Alkalinity ratio is 12,793. Keywords: Acidogenesis, anaerobic digestion, POME, VFA, HRT,

  DAFTAR ISI

  12 2.2.2 Asidogenesis ...............................................................................

  16 2.3.5 Hydraulic Retention Time (HRT)` ...............................................

  15 2.3.4 Pengadukan .................................................................................

  15 2.3.3 Rasio Karbon-Nitrogen (C/N) ......................................................

  14 2.3..2 pH ..............................................................................................

  14 2.3.1 Temperatur ..................................................................................

  13 2.3 Faktor Yang Mempengaruhi Digestasi Anaerobik ................................

  13 2.2.4 Metanogenesis .............................................................................

  12 2.2.3 Asetogenesis ...............................................................................

  10 2.2.1 Hidrolisis ....................................................................................

  PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................. i PENGESAHAN ..................................................................................................... ii PRAKATA ........................................................................................................... iii DEDIKASI ........................................................................................................... iv RIWAYAT HIDUP PENULIS ............................................................................... v ABSTRAK ........................................................................................................... vi ABSTRACT ........................................................................................................ vii DAFTAR ISI ....................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xi DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xiv BAB I PENDAHULUAN .................................................................................

  7 2.2 Digestasi Anaerobik .............................................................................

  7 2.1 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit .........................................................

  5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .........................................................................

  4 1.5 Ruang Lingkup Penelitian ......................................................................

  4 1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................

  4 1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................

  1 1.2 Perumusan Masalah ...............................................................................

  1 1.1 Latar Belakang .......................................................................................

  16

  2.4 Biogas ..................................................................................................

  17 2.4 Analisa Ekonomi ...................................................................................

  17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................................................

  19 3.1 Lokasi Penelitian ...................................................................................

  19 3.2 Bahan dan Peralatan ..............................................................................

  19 3.2.1 Bahan-bahan ...............................................................................

  19 3.2.2 Peralatan .....................................................................................

  19 A. Peralatan Utama .....................................................................

  19 B. Peralatan Analisa ....................................................................

  20 3.2.3 Rangkaian Peralatan ......................................................................

  20 3.3 Prosedur Penelitian ................................................................................

  21 3.3.1 Prosedur Loading Up dan Operasi Target ....................................

  21 3.3.2 Prosedur Analisa Sampel .............................................................

  23 3.3.3 Jadwal Pengujian Sampel ...........................................................

  32 3.4 Jadwal Penelitian ...................................................................................

  32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................

  33

  4.1 Karakterisasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit atau Palm Oil Mill Effluent (POME) ...........................................................

  34 4.2 Hasil Penelitian Proses Loading Up (VAriasi HRT) ...............................

  35 4.2.1 Korelasi pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up ..................

  35 4.2.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba ...........................

  37

  4.2.3 Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) pada Proses Loading Up ................................................................................

  38

  4.2.4 Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Pada Proses Loading Up39 4.2.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas ..........................

  40 4.3 Hasil Penelitian Proses Operasi Target ..................................................

  43 4.3.1 Pengaruh pH terhadap Alkalinitas pada Operasi Target ...............

  43 4.3.2 Pengaruh pH terhadap Padatan Tersuspensi pada Operasi Target .

  44 4.3.3 Pengaruh pH terhadap Reduksi Vollatile Solid (VS) ....................

  45

  4.3.4 Pengaruh pH terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) ..........................................................................................

  47

  4.3.5 Pengaruh pH terhadap Pembentukkan Volatile Fatty Acid (VFA) 48

  4.3.6 Pengaruh pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas .............................

  50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...............................................................

  51 5.1 Kesimpulan ...........................................................................................

  51 5.2 Saran .....................................................................................................

  51 DAFTAR PUSTAKA ...........................................................................................

  52

  DAFTAR GAMBAR

  30 Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Suspended Solid ............................

  47 Gambar 4.12 Pengaruh pH terhadap Pembentukkan Volatile Fatty Acid (VFA)

  46 Gambar 4.11 Pengaruh pH terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD)

  46 Gambar 4.10 Pengaruh pH terhadap Rerata Reduksi VS (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi)

  44 Gambar 4.9 Pengaruh pH terhadap Reduksi VS pada Operasi Target

  44 Gambar 4.8 Pengaruh pH terhadap Rerata Padatan Tersuspensi (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi)

  42 Gambar 4.7 Pengaruh pH terhadap Padatan Tersuspensi pada Operasi Target

  41 Gambar 4.6 Pengaruh pH terhadap Rerata Alkalinitas (Error Bar Menyatakan Standar Deviasi)

  39 Gambar 4.5 Pengaruh pH terhadap Alkalinitas pada Operasi Target

  38 Gambar 4.4 Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Pada Proses Loading Up

  37 Gambar 4.3 Reduksi COD pada Proses loading up

  36 Gambar 4.2 Pengaruh HRT terhadap Pertumbuhan Mikroba

  31 Gambar 4.1 Hubungan pH dan Alkalinitas pada Proses Loading Up

  27 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisa Total Suspended Solid ................................

Gambar 2.1 Tahapan Proses Digestasi Anaerobik

  26 Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Solid .............................................

  25 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisa Total Solid .................................................

  23 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisa Alkalinitas .................................................

  22 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisa pH ..............................................................

  20 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Penelitian ...................................................................

  18 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan

  14 Gambar 2.7 Konversi Total VFA menjadi Biogas .................................... ....................

  13 Gambar 2.6 Reaksi Metanognesis Dari Karbondioksida ..............................................

  13 Gambar 2.5 Reaksi Metanognesis Dari Asam Asetat ...................................................

  12 Gambar 2.4 Reaksi Asetognesis ....................................................................................

  12 Gambar 2.3 Reaksi Asidognesis ....................................................................................

  11 Gambar 2.2 Reaksi Hidrolisis ........................................................................................

  48

Gambar 4.13 Pengaruh pH terhadap Rasio VFA/Alkalinitas

  50 Gambar C.1 Tangki Umpan LD-1

  Gambar C.2 Fermentor LD-1

  Gambar C.3 Gas Meter LD-2

  Gambar C.4 Botol Keluaran Fermentor (discharge) LD-2 Gambar C.5 Botol Biogas (Gas Collector) LD-2 Gambar C.6 Rangkaian Peralatan

  LD-3 Gambar C.7 Peralatan Analisa M-Alkalinity LD-3 Gambar C.8 Detecting Tube Hasil Analisa Gas H

  2 S dan CO

  2 LD-3

  Gambar C.9 Peralatan Analisa Padatan Tersuspensi (Vacuum Pump) LD-4 Gambar C.10 Furnace

  LD-4 Gambar C.11 Oven

  LD-4 Gambar D1 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisa Karbohidrat, Protein dan

  Lemak .................................................................................................... LD-1 Gambar D.2 Hasil Uji Laboratorium untuk Analisa VFA I .................................... LD-2

  DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Komposisi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  1 Tabel 1.2 Berbagai Penelitian Biogas ..........................................................................

  3 Tabel 2.1 Pertumbuhan Produksi Kelapa Sawit Indonesia ..........................................

  6 Tabel 2.2 Komposisi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  7 Tabel 2.3 Potensi Biogas Yang Dihasilkan Oleh Beberapa Substrat

  7 Tabel 2.4 Baku Mutu Limbah Pengolahan Kelapa Sawit

  8 Tabel 2.5 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  8 Tabel 2.7 Pengaruh Komponen-Komponen dalam Biogas dan Pengaruhnya

  17 Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent .........................................................

  31 Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian

  32 Tabel A.1 Karakteristik POME dari PTPN IV PKS Kebun Adolina LA-1

  

Tabel A.2 Data hasil pengukuran pH dan alkalinitas fermentor LA-1

Tabel A.3 Data hasil pengukuran konsentrasi padatan fermentor LA-3

Tabel A.6 Data hasil pengukuran konsentrasi padatan tersuspensi fermentor LA-5

Tabel A.9 Data hasil degradasi COD

  LA-6 Tabel A.10 Data hasil pengukuran konsentrasi VFA LA-7 Tabel A.11 Data perhitungan ratio VFA/alkalinitas LA-8 Tabel B.1 Data VS untuk variasi pH 5,0 LB-1