PENGARUH SUHU TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SKRIPSI

  

PENGARUH SUHU TERHADAP PRODUKSI BIOGAS

PADA PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU

LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

SKRIPSI

Oleh :

  MAHDALENA

090405008

  

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2014

  

PENGARUH SUHU TERHADAP PRODUKSI BIOGAS

PADA PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU

LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

SKRIPSI

Oleh :

  MAHDALENA

090405008

  

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

JULI 2014

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

  

PENGARUH SUHU TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA

PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU LIMBAH CAIR

PABRIK KELAPA SAWIT

  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, 16 Juli 2014 Mahdalena NIM 090405008

  

PENGESAHAN

  Skripsi dengan judul:

  

PENGARUH SUHU TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA

PROSES METANOGENESIS BERBAHAN BAKU LIMBAH CAIR

PABRIK KELAPA SAWIT

  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 16 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  Mengetahui, Medan, 16 Juli 2014 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, MT Ir. Bambang Trisakti, M.Si NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19660925 199103 1 003 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Dr. Ir. Fatimah, MT Dr. Eng. Rondang Tambun, ST. MT NIP. 19640617 199403 2 001 NIP. 19720612 200012 1 001

  

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 Suhu Terhadap Produksi Biogas Pada Proses Metanogenesis Berbahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  ”, 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:  Penelitian ini merupakan salah satu metode pengolahan limbah yang ramah lingkungan karen mampu mendegradasi semua jenis limbah organik menjadi energi yaitu metana dengan waktu yang singkat.

   Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif yaitu biogas dengan tahap metanogenesis.  Penelitian ini dipublikasikan dalam jurnal Teknik Kimia dengan judul

  “Pengaruh Suhu Terhadap Produksi Biogas Pada Proses Metanogenesis Berbahan Baku 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. Ir. Bambang Trisakti, M.Si, selaku Dosen Pembimbing

  2. Intan Zahara selaku partner penelitian

  3. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si, selaku Dosen dan Ketua Departemen

  4. Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Dosen Penguji

  5. Dr. Eng. Rondang Tambun, ST. MT selaku Dosen Penguji

  6. Staf Pengajar dan Staf Administrasi Fakultas Teknik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Medan

  7. Herypasc, Wenny, Vero, Elmer, Danil, Syervi, Indah, Tuti dan teman sejawat 2009 serta abang, kaka senior dan adik-adik stambuk 2012. 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, 16 Juli 2014 Penulis Mahdalena

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: Yang paling Teristimewa Orang tua penulis, Ayahanda Alm. Mahrizal Sinambela dan Ibunda Asmidar.

  Yang paling tersayang adinda Mahyuni Sinambela, Eva Rizda Sinambela dan Rahmat Kondang Sinambela.

  Sahabat tercinta Titin, Samha, Nining, Zwida, Nita, agus dan keluarga kedua penulis picauly 29 Mbak Ummi, Mbak Yuli, Mbak Devi, Irna, Rohani, Irma dan iBu Siti Fatimah Sarbunan.

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama : Mahdalena NIM : 090405008 Tempat,Tanggal Lahir : Tanjungbalai, 08 Februari 1991 Nama Orang Tua : Alm. Mahrizal Sinambela (Ayah)

  Asmidar (Ibu) Alamat Orang Tua : Jl. Mujair Kapias Pulau Buaya

  Kec. Teluk Nibung Kota Tanjungbalai

  Asal Sekolah

   SD Negeri 130012 Tanjungbalai Tahun 1997 – 2003  MTsN Tanjungbalai Tahun 2003 – 2006  SMA Negeri 1 Tanjungbalai Tahun 2006 – 2009

  Beasiswa yang pernah diperoleh

   Bantuan Belajar Mahasiswa (BBM) Tahun 2010  Prestasi Peningkatan Akademik (PPA) Tahun 2011  Otorita Asahan Kota Tanjungbalai Tahun 2012

  Pengalaman Organisasi /Kerja

   Anggota PTKP HMI FT USU Periode 2009 – 2010  Wasekum PP HMI FT USU Periode 2010 – 2011  Bendahara Umum CSG FT USU Periode 2010 – 2011  Anggota HUMAS HIMATEK FT USU Periode 2011 – 2012  Anggota Administrasi dan Kesekratariatan PEMA FT USU Periode 2012 – 2013  Kerja Praktek Lapangan di PTPN IV PKS Adolina Tahun 2011  Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia FT USU Periode 2012 – 2014 modul

  Transesterifikasi dan Proses Pembuatan Pulp  Konsultan Oriflame Tahun 2010 – 2011  Sales Promotion Girl (SPG)

  

ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh profil proses metanogenesis serta pengaruh suhu terhadap degradasi (penguraian) zat organik dan padatan organik meliputi VS, TS, COD, TSS dan VSS serta produksi dan komposisi biogas dari proses metanogenesis berbahan baku limbah cair pabrik kelapa sawit. Bahan yang digunakan antara lain asam limbah cair kelapa sawit dari effluent reaktor asidogenesis yang berbahan baku POME dari PKS Adolina, asam klorida, natrium bikarbonat, Kertas Saring Whattman No. 41 Ashless, Gastec detecting tube No.

  4HM, Gastec detecting tube No. 2HT. Penelitian ini dilakukan secara kontinu dengan reaktor CSTR 2 L, effluent dari reaktor asidogenesis sebagai substrat yang didegradasi pada tahap metanogenesis untuk produksi biogas dengan HRT 4,

  

kecepatan pengadukan 100 rpm dengan pH di jaga konstan 6,7 - 7,5 dengan

3.

  menggunakan larutan penyangga yaitu natrium bikarbonat ≥ 2500 mg/L CaCo Sebelum HRT 4 tercapai, dilakukan loading up yaitu HRT 40, 10, 6 hari, setelah

  

kondisi kehidupan bakteri stabil yaitu dengan pH dan alkalinitas konstan, dan HRT 4

o o tercapai dilakukan variasi suhu mesofilik (30

  C) dan termofilik (43 C).

• – 42 – 55

  Variabel yang diamati yaitu volume biogas yang dihasilkan dan analisa pH,

  alkalinitas, VS, TS, VSS, TSS dan COD untuk slurry dan analisa H

  2 S dan CO 2 untuk

biogas. Hasil penelitian memperlihatkan bahwa suhu sangat mempengaruhi terhadap

  degradasi bahan organik, produksi dan komposisi biogas. Produksi biogas semakin meningkat dengan meningkatnya suhu, pada kondisi mesofilik volume biogas

  o

  3

  maksimum diperoleh pada suhu 35 C sebesar 37,74 m /kg ∆VS dan mengandung

  o

  metana sebesar 75% dan pada kondisi termofilik yaitu pada suhu 55 C sebesar 43,95

  3

  m /kg ∆VS mengandung metana sebesar 69%. Degradasi kandungan organik yaitu

  VS dan COD semakin meningkat seiring meningkatnya suhu. Pada kondisi mesofilik laju degradasi VS dan COD secara berurut diperoleh maksimum sebesar 80%; 76% dan pada kondisi termofilik sebesar 80%; 81%. Kata Kunci : Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit, Metana, Produksi Biogas, Suhu.

  

ABSTRACT

  This study aimed to obtain profiles of methanogenesis process and the effect of temperature on the degradation (decomposition) of organic matter and organic solids include VS, TS, COD, TSS and VSS and biogas production and composition process methanogenesis of the raw material palm oil mill effluent. Materials used include palm acid effluent from the reactor effluent asidogenesis are made from raw POME from Palm Oil Mill Adolina, hydrochloric acid, sodium bicarbonate, Filter Paper Whattman No. 41 ashless, Gastec detecting Tube No. 4HM, Gastec detecting Tube No. 2HT. This research was carried out continuously with 2 L CSTR reactor, the effluent from the reactor asidogenesis as substrate degraded at this stage of methanogenesis for biogas production with HRT 4, stirring speed of 100 rpm with a constant pH in the case from 6.7 to 7.5 by using a buffer solution that is sodium

  3 . Before HRT 4 is reached, was carried out loading

  bicarbonate ≥ 2500 mg/ L CaCO up to HRT 40, 10, 6 days, after which stable bacterial life conditions with a constant pH and alkalinity, and HRT 4 is reached to vary condition mesophilic temperature

  o

  (30-42

  C) and thermophilic (43-55 °C ). Variables observed that the volume of biogas produced and analysis include pH, alkalinity, VS, TS, VSS, TSS and COD to slurry and analysis H

  2 S and CO 2 to biogas. The results showed that temperature

  greatly affects the degradation of organic material, biogas production and composition. Biogas production increased with increasing temperature, the volume

  o

  of biogas at mesophilic conditions was obtained at a temperature maximum of 35 C

  3

  of 37.74 m /kg ΔVS and methane by 75% and thermophilic conditions at a

  o

  

3

  temperature maximum of 55 C is 43.95 m /kg ΔVS of methane by 69%. Degradation of the organic content is VS and COD increased with increasing temperature. At mesophilic conditions VS and COD degradation rate obtained sequentially to a maximum of 80%; 76% and thermophilic conditions by 80%; 81%.

  Keywords: Palm Oil Mill Effluent, Methane, Biogas Production, Temperature.

DAFTAR ISI

  Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN 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

  1.1 LATAR BELAKANG

  4

  1.2 RUMUSAN PERMASALAHAN

  4

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  4

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  5

  1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  6

  2.1 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT ATAU PALM OIL

  6 MILL EFFLUENT (POME)

  2.2 DIGESTASI ANAEROBIK

  7

  2.3 TAHAPAN DIGESTASI ANAEROBIK

  7

  2.3.1 Hidrolisis

  8

  2.3.2 Asidogenesis

  9

  2.3.3 Asetogenesis

  10

  2.3.4 Metanogenesis

  11

  2.4 BIOGAS

  13

  2.5 PARAMETER PENTING DALAM DIGESTASI ANAEROBIK

  16

  2.5.1 Temperatur

  16

  2.5.2 Ph

  19

  2.5.3 Alkalinitas

  20

  2.5.4 Hydraulic Retention Time (HRT)

  21

  2.5.5 Organic Loading Rate (OLR)

  22

  2.5.6 Pengadukan

  23

  2.5.7 Zat Racun (Toxic)

  23

  2.6 POTENSI EKONOMI

  24 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  25

  3.1 LOKASI PENELITIAN

  25

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN

  25

  3.2.1 Bahan Penelitian

  25

  3.2.1.1 Bahan Utama

  25

  3.2.1.2 Bahan Analisa

  25

  25

  3.2.2 Peralatan

  3.2.2.1 Peralatan Utama

  25

  3.2.2.2 Peralatan Analisa

  26

  27

  3.2.3 Rangkaian Peralatan

  28

3.3 PROSEDUR PENELITIAN

  3.3.1 Prosedur Utama

  28

  3.3.1.1 Blok Diagram Proses Metanogenesis Dari Asam

  29 Limbah Cair Kelapa Sawit Menjadi Biogas

  3.3.2 Prosedur Analisa Sampel

  30

  3.3.2.1 Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand

  30 (COD)

  3.3.2.2 Analisia Ph

  30

  3.3.2.3 Analisa Alkalinitas

  31

  3.3.2.4 Analisa Total Solids (TS)

  32

  34

3.3.2.5 Analisa Volatile Solid (VS)

  3.3.2.6 Analisa Total Suspended Solid (TSS)

  36

  3.3.2.7 Analisa Volatile Suspended Solid (VSS)

  38

  3.3.3 Analisa Gas

  39

2 S

  39

3.3.3.1 Analisa Gas H

  3.3.3.2 Analisa Kandungan CO

  2

  40 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  42

  4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT

  42

  4.2 PERUBAHAN NILAI DERAJAT KEASAMAN (pH) DAN

  43 ALKALINITAS

  4.3 PERUBAHAN NILAI TOTAL SOLID (TS) DAN VOLATILE

  46 SOLID (VS)

  4.4 PERUBAHAN NILAI TOTAL SUSPENDEED SOLID (TSS)

  50 DAN VOLATILE SUSPENDED SOLID (VSS)

  4.5 PERUBAHAN NILAI CHEMICAL OXYGEN DEMAND (COD)

  53

  4.6 DEGRADASI KANDUNGAN ORGANIK

  54

  4.7 PRODUKSI BIOGAS

  56 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  60

  5.1 KESIMPULAN

  60

  5.2 SARAN

  60 DAFTAR PUSTAKA

  61

  

DAFTAR GAMBAR

  34 Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Solid

  46 Gambar 4.5 Profil Perubahan Nilai Volatile Solid (VS) Selama Proses Metanogenesis

  45 Gambar 4.4 Profil Perubahan Nilai Total Solid (TS) Selama Proses Metanogenesis

  44 Gambar 4.3 Pengaruh Suhu terhadap Perubahan Nilai Alkalinitas

  43 Gambar 4.2 Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Derajat Keasaman (pH)

  41 Gambar 4.1 Profil Perubahan Nilai pH dan Alkalinitas Selama Proses Metanogenesis

  2

  40 Gambar 3.10 Flowchart Prosedur Analisa Gas CO

  2 S

  39 Gambar 3.9 Flowchart Prosedur Analisa Gas H

  38 Gambar 3.8 Flowchart Prosedur Analisa Volatile Suspended Solid

  35 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisa Total Suspended Solid

  32 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisa Total Solid

  Halaman

  30 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisa Alkalinitas

  29 Gambar 3.3 Flowchart Analisa pH

  27 Gambar 3.2 Blok Diagram Proses Metanogenesis Dari Asam Limbah Cair Kelapa Sawit Menjadi Biogas

  19 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan

  18 Gambar 2.6 Laju Peningkatan Metana

  11 Gambar 2.5 Hubungan Antara Nilai Biogas Relatif Yang Bergantung Pada Temperatur Dan HRT

  10 Gambar 2.4 Reaksi Metanogenesis

  9 Gambar 2.3 Reaksi Asetogenesis

  8 Gambar 2.2 Reaksi Asidogenesis

  Anaerobik

Gambar 2.1 Konversi Bahan Organik Menjadi Metan Secara

  47

Gambar 4.6 Profil Perubahan Nilai Degradasi TS Dan VS Selama

  55 Gambar 4.15 Produksi Biogas Selama Proses Metanogenesis

  2 S dan Gas CO

  Gambar C.2 Foto Penimbangan Sampel L.C-1 Gambar C.3 Foto Analisa pH dan Alkalinitas L.C-1 Gambar C.4 Foto Analisa Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS) L.C-2 Gambar C.5 Foto Analisa TSS dan VSS L.C-2 Gambar C.6 Foto Analisa Kandungan Gas H

  58 Gambar C.1 Foto Sampel L.C-1

  58 Gambar 4.17 Pengaruh Suhu Terhadap Produksi Metana

  57 Gambar 4.17 Komposisi Produksi Biogas

  VS)

  /kg

  3

  56 Gambar 4.16 Pengaruh Suhu Terhadap Produksi Biogas (m

  54 Gambar 4.14 Pengaruh Suhu Terhadap Degradasi Kandungan Organik

  Proses Metanogenesis

  53 Gambar 4.13 Profil Perubahan Degradasi Kandungan Organik Selama Proses Metanogenesis

  52 Gambar 4.12 Profil Perubahan Nilai COD Selama Proses Metanogenesis

  51 Gambar 4.11 Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Nilai VSS

  50 Gambar 4.10 Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Nilai TSS

  49 Gambar 4.9 Profil Perubahan Nilai TSS dan VSS Selama Proses Metanogenesis

  Volatile Solid (VS)

  48 Gambar 4.8 Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Nilai Degradasi

  Total Solid (TS)

  48 Gambar 4.7 Pengaruh Suhu Terhadap Perubahan Nilai Degradasi

  2 L.C-2

  

DAFTAR TABEL

  Halaman

Tabel 1.1 Potensi Biogas Yang Dihasilkan Oleh Beberapa

  1 Substrat

Tabel 1.2 Berbagai Penelitian Produksi Biogas

  2 Tabel 2.1 Karekteristik POME

  6 Tabel 2.2 Klasifikasi Bakteri Hidrolisis Berdasarkan Substrat

  9 Yang Diolah

Tabel 2.3 Klasifikasi Bakteri Metanogen

  12 Tabel 2.4 Pengaruh Komponen-Komponen dalam Biogas dan

  14 Pengaruhnya

Tabel 2.5 Biogas Yang Dihasilkan Dari Berbagai Substrat Dan

  15 Kondisi Operasi Yang Berbeda

Tabel 2.6 Hubungan antara Temperatur Operasi dan Hydraulic

  16 Retention Time

Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit

  42 Adolina