Pengaruh Hydraulic Retenton Time (HRT) Dan Recycle Sludge Pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Menggunakan Temperatur 45 °C
PENGARUH HYDRAULIC RETENTON TIME (HRT) DAN
RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C
SKRIPSI
Oleh
YOLA MELIDA
110405016
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
PENGARUH HYDRAULIC RETENTON TIME (HRT) DAN
RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C
SKRIPSI
Oleh
YOLA MELIDA
110405016
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTON TIME (HRT) DAN
RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C
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,
Oktober 2015
Yola Melida
NIM 110405016
i
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 Retenton Time (HRT) Dan Recycle Sludge
Pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
Menggunakan Temperatur 45 °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.
Memberikan informasi mengenai proses loading up dan variasi recycle
sludge dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis menggunakan
temperatur 45 oC.
2.
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. sebagai Ketua Departmen Teknik Kimia dan
sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan
bantuan dalam pelaksanaan sidang.
2. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Dosen
Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan
skripsi ini.
4.
Ir. Bambang Trisakti, MT selaku Kepala Laboratorium Proses Industri
Kimia.
iv
5.
Kedua orang tua tercinta yang telah memberikan semangat, dorongan baik
secara material maupun secara spiritual kepada penulis.
6.
Rekan penelitian Intan Afrilia yang telah sabar dan membantu Penulis
bekerja sama dalam menyelesaikan penelitian.
7.
Rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi, Bg Dedy Anwar, Aidil Saputra,
Ramlan, M. Darul Nafis, Rio Agung Prakoso, Ekuino Simanungkalit, Tri
Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan
Muksalmina.
8.
Teman-teman angkatan 2011 yang telah menemani Penulis dalam
menempuh jalan menuju skripsi terutama, Ayu, Tika, Dania, Kherly, Piti,
Yani dan Amin.
9.
Teman-teman LETHGEN dan KAMMI TEKNIK yang selalu memberikan
motivasi dan doa kepada penulis.
10. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik
Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan
kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.
11. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini,
yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu.
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,
Oktober 2015
Penulis
Yola Melida
v
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Donni Hendri dan Ibu Erlinda
Orang tua dengan seluruh perhatian, nasehat dan kasih
sayang yang telah membesarkan dan mendidikku
hingga seperti saat ini.
Serta Kakak & Adik tersayang
Ruri Soraya dan Ahmad Gani
Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih sayang
dan do’a yang tak pernah putus selalu kalian
berikan kepadaku.
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Yola Melida
NIM
: 110405016
Tempat, tanggal lahir : Duri / 16 Mei 1993
Nama Orang Tua
: Donni Hendri dan Erlinda
Alamat Orang Tua:
Jalan Gajah Mada Pelita III No. 96 Sebanga,
Kelurahan Titian Antui, Kecamatan Pinggir, Kota
Duri, Riau.
Asal Sekolah:
SD Negeri 04 Talang Mandi Duri tahun 1999–2005
SMP S IT Mutiara Duri tahun 2005–2008
SMA Negeri Plus Prop.Riau tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2012–2013
2. Beasiswa Kabupaten Bengkalis tahun 2011–2012
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) Teknik USU
periode 2014/2015 sebagai Sekretaris Umum
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai anggota Sosial dan Rohani
3. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai Ketua Keputrian
4. Anggota English Club FT USU tahun 2012-2013
5. Anggota USU Youth Rural Envoy tahun 2014
6. Anggota Masyarakat Relawan Indonesia (MRI) Medan tahun 2015
7. Kerja praktek di PTPN IV PKS Adolina tahun 2015
vii
ABSTRAK
Asidogenesis merupakan proses yang kompleks dimana mikroba anaerob
bersama-sama mengurai senyawa organik menjadi asam organik molekul rendah
berupa Volatile Fatty Acid (VFA) yang terdiri dari asam asetat, asam propionat dan
asam butirat. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi HRT dan
recycle sludge serta mendapatkan rasio recycle sludge terbaik pada proses
asidognesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada temperatur 45 oC.
Fermentor yang digunakan yaitu CSTR dan laju pengadukan fermentor 150 rpm.
Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT 20, 15, 10
dan 4 dengan pH 6 kemudian dilanjutkan dengan variasi recycle sludge yaitu pada 0,
15, 25, dan 35% dengan pH 6 dan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis TS,
VS, TSS, VSS, COD dan VFA. Kondisi terbaik pada variasi recycle sludge dengan
HRT 4 dicapai pada rasio recycle sludge 15% dengan konsentrasi VSS 9.467 mg/L
dan reduksi VS tertinggi sebesar 27% serta memiliki reduksi COD tertinggi sebesar
49,58%.
Kata kunci : Asidogenesis, VFA, CSTR, Recycle sludge, LCPKS
viii
ABSTRACT
Acidogenesis is a complex process in which microbes decompose
anaerobically together organic compounds into low molecular organic acids such as
Volatile Fatty Acid (VFA) consisting of acetic acid, propionic acid and butyric acid.
This study aims to get the effect of variations in HRT and recycle sludge and to
obtain the best sludge recycle ratio on Palm Oil Mill Effluent (POME) acidogenesis
process at a temperature of 45 oC. Fermenter used is CSTR fermentor and agitation
rate of 150 rpm. Up the loading process is done by varying the starting HRT 20, 15,
10 and 4 to pH 6 and then proceed with the variation of the recycle sludge that is at
0, 15, 25, and 35% with a pH of 6 and HRT 4. Analysis conducted the analysis TS,
VS, TSS, VSS, COD and VFA. The best conditions in the variation of the recycle
sludge with HRT 4 achieved in the sludge recycle ratio of 15% with a VSS
concentration of 9.467 mg / L and the highest VS reduction of 27% and has the
highest COD reduction of 49.58%.
Keywords: Acidogenesis, VFA, CSTR, Recycle sludge, POME
ix
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
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 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
7
2.2 BIOGAS
9
2.3 PROSES PEMBUATAN BIOGAS
11
2.3.1 Hidrolisis
12
2.3.2 Asidogenesis
13
2.3.3 Asetogenesis
13
2.3.4 Metanogenesis
14
2.4 PEMILIHAN
PROSES
DIGESTASI
TAHAP
ANAEROBIK
DUA
14
x
2.4.1 Parameter Digestasi Anaerobik
16
2.4.1.1 Temperatur
16
2.4.1.2 Nilai pH
17
2.4.1.3 Nutrisi
17
2.4.1.4 Kecepatan Pengadukan
18
2.4.1.5 Hydraulic Retention Time (HRT)
18
2.4.1.6 Alkalinitas
19
2.7 ANALISA EKONOMI
19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
22
3.1 LOKASI PENELITIAN
22
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
22
3.2.1
Bahan-Bahan
22
3.2.2
Peralatan
22
3.2.2.1 Peralatan Utama
22
3.2.2.2 Peralatan Analisa
23
24
3.3 TAHAPAN PENELITIAN
3.3.1
Analisa Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
24
(LCPKS)
3.3.1.1 Analisis pH
24
3.3.1.2 Analisi M-Alkalinity
24
3.3.1.3 Analisis Total Solids (TS)
24
3.3.1.4 Analisis Volatile Solids (VS)
25
3.3.1.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS)
26
3.3.1.6 Analisis Volatile Suspended Solids (VSS)
26
3.3.1.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
27
3.3.2
Loading Up dan Operasi Target
28
3.3.3
Recycle
28
3.3.4
Pengujian Sampel (Sampling)
29
3.4 JADWAL PENELITIAN
30
BAB IV PEMBAHASAN
31
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
31
4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP )
32
xi
4.2.1 Pengaruh HRT terhadap Profil pH dan Alkalinitas
32
4.2.2 Pengaruh HRT terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
33
4.2.3 Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen
35
Demand (COD)
4.2.4 Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid
36
(VFA)
4.2.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
37
4.3 HASIL PENELITIAN VARIASI RECYCLE SLUDGE
38
4.3.1 Pengaruh
dan
38
4.3.2 Pengaruh recycle sludge terhadap Profil Pertumbuhan
40
recycle
sludge
terhadap
Profil
pH
Alkalinitas
Mikroba
4.3.3 Pengaruh recycle sludge terhadap Volatile SolidS (VS)
42
4.3.4 Pengaruh recycle sludge terhadap Reduksi Chemical
44
Oxygen Demand (COD)
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
46
DAFTAR PUSTAKA
47
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1
Diagram alir sederhana proses produksi minyak sawit
7
mentah termasuk limbah cair pabrik kelapa sawit
(LCPKS)
Gambar 2.2
Tahapan proses fermentasi metana
12
Gambar 2.3
Proses Digestasi Anaerobik Dua Tahap
15
Gambar 2.4
Konversi Total VFA menjadi Biogas
20
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan
21
Gambar 4.1
Pengaruh HRT terhadap Profil pH dan Alkalinitas
33
Gambar 4.2
Pengaruh HRT terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
34
Gambar 4.3
Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen
35
Demand (COD)
Gambar 4.4
Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty
36
Acid (VFA)
Gambar 4.5
Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
37
Gambar 4.6
Pengaruh Recycle Sludge terhadap Alkalinitas
39
Gambar 4.7
Pengaruh
Rata-Rata
39
Pengaruh Recycle Sludge terhadap Konsentrasi VSS
41
Recycle
Sludge
terhadap
Alkalinitas
Gambar 4.8
pada Operasi Target
Gambar 4.9
Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata VSS
Gambar 4.10 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Volatile
41
42
Solid (VS) pada Operasi Target
Gambar 4.11 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata Volatile
43
Solid (VS)
Gambar 4.12 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Chemical
44
Oxygen Demand (COD)
Gambar A.1 Rangkaian Peralatan
55
Gambar A.2 Flowchart Prosedur Analisis pH
56
xiii
Gambar A.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
57
Gambar A.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
58
Gambar A.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
59
Gambar A.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids
60
(TSS)
Gambar A.7 Flowchart Prosedur Analisis Volaite Suspended Solids
61
(VSS)
Gambar A.8 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand
62
(COD)
Gambar A.9 Flowchart Prosedur Analisis Loading Up dan Operasi
63
Target
Gambar A.10 Flowchart Prosedur Recycle
64
Gambar D.1 Tangki Umpan
71
Gambar D.2 Fermentor
71
Gambar D.3 Botol Keluaran Fermentor (Discharge)
72
Gambar D.4 Botol Penampung Biogas (Gas Collector )
72
Gambar D.5 Gas Meter
72
Gambar D.6 Rangkaian Peralatan
73
Gambar D.7 Peralatan Analisis M-Alkalinity
73
Gambar D.8 Detecting Tube Hasil Analisis Gas H2S dan CO2
73
Gambar D.9 Peralatan Analisis Padatan Tersuspensi
74
Gambar D.10 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
74
Gambar D.11 Timbangan Analitik
74
Gambar D.12 Desikator
75
Gambar D.13 Oven
75
Gambar D.14 Furnace
75
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Potensi Sumber Daya Energi Baru Terbarukan
2
Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Terdahulu
3
Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
8
Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit
9
Tabel 2.3 Karakteristik Biogas
10
Tabel 2.4 Perbandingan Nilai Kalori dan Kesetaraan Biogas dengan
10
Sumber Energi Lain
Tabel 2.5 Kebutuhan Nutrisi Mikroba
18
Tabel 2.6 Volume Pembentukan Biogas dari Jumlah VFA yang
20
Terbentuk
Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent
29
Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian
30
Tabel 4.1 Karakteristik LCPKS dari PKS Adolina PTPN IV
31
Tabel B.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN IV PKS
65
Adolina
Tabel B.2 Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan VSS
65
pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.3 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
67
pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.4 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid
67
(VFA) pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.5 D Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan
67
VSS pada Variasi Recycle Sludge
Tabel B.6 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
pada Variasi Recycle Sludge
xv
69
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A METODOLOGI PENELITIAN
53
A.1 LOKASI PENELITIAN
53
A.2 BAHAN DAN PERALATAN
53
A.2.1 Bahan-Bahan
53
A.2.2 Peralatan
53
A.3 FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN
56
A.3.1 Flowchart Prosedur Analisis pH
56
A.3.2 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
57
A.3.3 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
58
A.3.4 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
59
A.3.5 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids
(TSS)
60
A.3.6 Flowchart Prosedur Analisis Volaite Suspended Solids
(VSS)
61
A.3.7 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand
(COD)
62
A.3.8 Flowchart Prosedur Analisis Loading Up dan Operasi
Target
63
A.3.9 Flowchart Prosedur Recycle
64
LAMPIRAN B DATA HASIL ANALISIS
B.1 KARAKTERISTIK
LIMBAH
CAIR
65
PABRIK
KELAPA
SAWIT
65
B.2 DATA HASIL PENELITIAN
65
B.2.1 Data Hasil Penelitian pada Variasi Hydraulic Retention
Time (HRT)
65
B.2.2 Data Hasil Penelitian pada Variasi Recycle Sludge
67
LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN
70
C.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD
70
C.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI
70
xvi
LAMPIRAN D DOKUMENTASI
71
LAMPIRAN E HASIL UJI LABORATORIUM
76
E.1 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS LEMAK
DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
76
E.2 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS PROTEIN
DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.3 HASIL
UJI
LABORATORIUM
KARBOHIDRAT
DALAM
UNTUK
LIMBAH
CAIR
ANALISIS
PABRIK
77
KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.4 HASIL
UJI
77
LABORATORIUM
UNTUK
ANALISIS
78
VOLATILE FATTY ACID (VFA)
xvii
DAFTAR SINGKATAN
BOD
Biological Oxygen Demand
COD
Chemical Oxygen Demand
CPO
Crude Palm Oil
CSTR
Continous Stirred Tank Reactor
HRT
Hydraulic Retention Time
LCPKS
Limbah CairPabrik Kelapa Sawit
MLSS
Mix Liquor Suspended Solid
OLR
Organic Loading Rate
PKS
Pabrik Kelapa Sawit
POME
Palm Oil Mill Effluent
SBR
Sequencing Batch Reactor
SCABR
Suspended Closed Anaerobic Bioreactor
TBS
Tandan Buah segar
TCOD
Total Chemical Oxygen Demand
TKS
Tandan Kosong Sawit
TN
Total Nitrogen
TS
Total Solids
TSS
Total Suspended Solids
UASB
Upflow Anaerobic Sludge Bed
VFA
Volatile Fatty Acid
VS
Volatile Solids
VSS
Volatile Suspended Solids
xviii
RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C
SKRIPSI
Oleh
YOLA MELIDA
110405016
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
PENGARUH HYDRAULIC RETENTON TIME (HRT) DAN
RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C
SKRIPSI
Oleh
YOLA MELIDA
110405016
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2015
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH HYDRAULIC RETENTON TIME (HRT) DAN
RECYCLE SLUDGE PADA PROSES ASIDOGENESIS
LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
MENGGUNAKAN TEMPERATUR 45 °C
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,
Oktober 2015
Yola Melida
NIM 110405016
i
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 Retenton Time (HRT) Dan Recycle Sludge
Pada Proses Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
Menggunakan Temperatur 45 °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.
Memberikan informasi mengenai proses loading up dan variasi recycle
sludge dalam proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis menggunakan
temperatur 45 oC.
2.
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. sebagai Ketua Departmen Teknik Kimia dan
sebagai Dosen Pembimbing yang telah banyak memberikan arahan dan
bantuan dalam pelaksanaan sidang.
2. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku Dosen
Penguji yang telah memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan
skripsi ini.
4.
Ir. Bambang Trisakti, MT selaku Kepala Laboratorium Proses Industri
Kimia.
iv
5.
Kedua orang tua tercinta yang telah memberikan semangat, dorongan baik
secara material maupun secara spiritual kepada penulis.
6.
Rekan penelitian Intan Afrilia yang telah sabar dan membantu Penulis
bekerja sama dalam menyelesaikan penelitian.
7.
Rekan-rekan LPPM yaitu Bg Zoeliadi, Bg Dedy Anwar, Aidil Saputra,
Ramlan, M. Darul Nafis, Rio Agung Prakoso, Ekuino Simanungkalit, Tri
Putra Pasaribu, Khairul Fahmi, Endah Hutabarat, Christianto Sitio dan
Muksalmina.
8.
Teman-teman angkatan 2011 yang telah menemani Penulis dalam
menempuh jalan menuju skripsi terutama, Ayu, Tika, Dania, Kherly, Piti,
Yani dan Amin.
9.
Teman-teman LETHGEN dan KAMMI TEKNIK yang selalu memberikan
motivasi dan doa kepada penulis.
10. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik
Kimia yang telah memberikan banyak ilmu yang berharga dan bantuan
kepada penulis selama menjalankan perkuliahan.
11. Semua orang yang telah membantu penulis hingga penyusunan skripsi ini,
yang tidak dapat ditulis namanya satu per satu.
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,
Oktober 2015
Penulis
Yola Melida
v
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Donni Hendri dan Ibu Erlinda
Orang tua dengan seluruh perhatian, nasehat dan kasih
sayang yang telah membesarkan dan mendidikku
hingga seperti saat ini.
Serta Kakak & Adik tersayang
Ruri Soraya dan Ahmad Gani
Terima kasih atas pengorbanan, cinta kasih sayang
dan do’a yang tak pernah putus selalu kalian
berikan kepadaku.
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Yola Melida
NIM
: 110405016
Tempat, tanggal lahir : Duri / 16 Mei 1993
Nama Orang Tua
: Donni Hendri dan Erlinda
Alamat Orang Tua:
Jalan Gajah Mada Pelita III No. 96 Sebanga,
Kelurahan Titian Antui, Kecamatan Pinggir, Kota
Duri, Riau.
Asal Sekolah:
SD Negeri 04 Talang Mandi Duri tahun 1999–2005
SMP S IT Mutiara Duri tahun 2005–2008
SMA Negeri Plus Prop.Riau tahun 2008–2011
Beasiswa yang pernah diperoleh:
1. Peningkatan Prestasi Akademik (PPA) tahun 2012–2013
2. Beasiswa Kabupaten Bengkalis tahun 2011–2012
Pengalaman Organisasi/Kerja:
1. Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia (KAMMI) Teknik USU
periode 2014/2015 sebagai Sekretaris Umum
2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode
2014/2015 sebagai anggota Sosial dan Rohani
3. Covalen Study Group (CSG) periode 2013/2014 sebagai Ketua Keputrian
4. Anggota English Club FT USU tahun 2012-2013
5. Anggota USU Youth Rural Envoy tahun 2014
6. Anggota Masyarakat Relawan Indonesia (MRI) Medan tahun 2015
7. Kerja praktek di PTPN IV PKS Adolina tahun 2015
vii
ABSTRAK
Asidogenesis merupakan proses yang kompleks dimana mikroba anaerob
bersama-sama mengurai senyawa organik menjadi asam organik molekul rendah
berupa Volatile Fatty Acid (VFA) yang terdiri dari asam asetat, asam propionat dan
asam butirat. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi HRT dan
recycle sludge serta mendapatkan rasio recycle sludge terbaik pada proses
asidognesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada temperatur 45 oC.
Fermentor yang digunakan yaitu CSTR dan laju pengadukan fermentor 150 rpm.
Proses loading up dilakukan dengan variasi HRT yang dimulai dari HRT 20, 15, 10
dan 4 dengan pH 6 kemudian dilanjutkan dengan variasi recycle sludge yaitu pada 0,
15, 25, dan 35% dengan pH 6 dan HRT 4. Analisis yang dilakukan yaitu analisis TS,
VS, TSS, VSS, COD dan VFA. Kondisi terbaik pada variasi recycle sludge dengan
HRT 4 dicapai pada rasio recycle sludge 15% dengan konsentrasi VSS 9.467 mg/L
dan reduksi VS tertinggi sebesar 27% serta memiliki reduksi COD tertinggi sebesar
49,58%.
Kata kunci : Asidogenesis, VFA, CSTR, Recycle sludge, LCPKS
viii
ABSTRACT
Acidogenesis is a complex process in which microbes decompose
anaerobically together organic compounds into low molecular organic acids such as
Volatile Fatty Acid (VFA) consisting of acetic acid, propionic acid and butyric acid.
This study aims to get the effect of variations in HRT and recycle sludge and to
obtain the best sludge recycle ratio on Palm Oil Mill Effluent (POME) acidogenesis
process at a temperature of 45 oC. Fermenter used is CSTR fermentor and agitation
rate of 150 rpm. Up the loading process is done by varying the starting HRT 20, 15,
10 and 4 to pH 6 and then proceed with the variation of the recycle sludge that is at
0, 15, 25, and 35% with a pH of 6 and HRT 4. Analysis conducted the analysis TS,
VS, TSS, VSS, COD and VFA. The best conditions in the variation of the recycle
sludge with HRT 4 achieved in the sludge recycle ratio of 15% with a VSS
concentration of 9.467 mg / L and the highest VS reduction of 27% and has the
highest COD reduction of 49.58%.
Keywords: Acidogenesis, VFA, CSTR, Recycle sludge, POME
ix
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR TABEL
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
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 LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
7
2.2 BIOGAS
9
2.3 PROSES PEMBUATAN BIOGAS
11
2.3.1 Hidrolisis
12
2.3.2 Asidogenesis
13
2.3.3 Asetogenesis
13
2.3.4 Metanogenesis
14
2.4 PEMILIHAN
PROSES
DIGESTASI
TAHAP
ANAEROBIK
DUA
14
x
2.4.1 Parameter Digestasi Anaerobik
16
2.4.1.1 Temperatur
16
2.4.1.2 Nilai pH
17
2.4.1.3 Nutrisi
17
2.4.1.4 Kecepatan Pengadukan
18
2.4.1.5 Hydraulic Retention Time (HRT)
18
2.4.1.6 Alkalinitas
19
2.7 ANALISA EKONOMI
19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
22
3.1 LOKASI PENELITIAN
22
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
22
3.2.1
Bahan-Bahan
22
3.2.2
Peralatan
22
3.2.2.1 Peralatan Utama
22
3.2.2.2 Peralatan Analisa
23
24
3.3 TAHAPAN PENELITIAN
3.3.1
Analisa Bahan Baku Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
24
(LCPKS)
3.3.1.1 Analisis pH
24
3.3.1.2 Analisi M-Alkalinity
24
3.3.1.3 Analisis Total Solids (TS)
24
3.3.1.4 Analisis Volatile Solids (VS)
25
3.3.1.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS)
26
3.3.1.6 Analisis Volatile Suspended Solids (VSS)
26
3.3.1.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
27
3.3.2
Loading Up dan Operasi Target
28
3.3.3
Recycle
28
3.3.4
Pengujian Sampel (Sampling)
29
3.4 JADWAL PENELITIAN
30
BAB IV PEMBAHASAN
31
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT
31
4.2 HASIL PENELITIAN VARIASI HRT (PROSES LOADING UP )
32
xi
4.2.1 Pengaruh HRT terhadap Profil pH dan Alkalinitas
32
4.2.2 Pengaruh HRT terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
33
4.2.3 Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen
35
Demand (COD)
4.2.4 Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid
36
(VFA)
4.2.5 Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
37
4.3 HASIL PENELITIAN VARIASI RECYCLE SLUDGE
38
4.3.1 Pengaruh
dan
38
4.3.2 Pengaruh recycle sludge terhadap Profil Pertumbuhan
40
recycle
sludge
terhadap
Profil
pH
Alkalinitas
Mikroba
4.3.3 Pengaruh recycle sludge terhadap Volatile SolidS (VS)
42
4.3.4 Pengaruh recycle sludge terhadap Reduksi Chemical
44
Oxygen Demand (COD)
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
46
DAFTAR PUSTAKA
47
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1
Diagram alir sederhana proses produksi minyak sawit
7
mentah termasuk limbah cair pabrik kelapa sawit
(LCPKS)
Gambar 2.2
Tahapan proses fermentasi metana
12
Gambar 2.3
Proses Digestasi Anaerobik Dua Tahap
15
Gambar 2.4
Konversi Total VFA menjadi Biogas
20
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan
21
Gambar 4.1
Pengaruh HRT terhadap Profil pH dan Alkalinitas
33
Gambar 4.2
Pengaruh HRT terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
34
Gambar 4.3
Pengaruh HRT terhadap Reduksi Chemical Oxygen
35
Demand (COD)
Gambar 4.4
Pengaruh HRT terhadap Pembentukan Volatile Fatty
36
Acid (VFA)
Gambar 4.5
Pengaruh HRT terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
37
Gambar 4.6
Pengaruh Recycle Sludge terhadap Alkalinitas
39
Gambar 4.7
Pengaruh
Rata-Rata
39
Pengaruh Recycle Sludge terhadap Konsentrasi VSS
41
Recycle
Sludge
terhadap
Alkalinitas
Gambar 4.8
pada Operasi Target
Gambar 4.9
Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata VSS
Gambar 4.10 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Volatile
41
42
Solid (VS) pada Operasi Target
Gambar 4.11 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Rata-Rata Volatile
43
Solid (VS)
Gambar 4.12 Pengaruh Recycle Sludge terhadap Reduksi Chemical
44
Oxygen Demand (COD)
Gambar A.1 Rangkaian Peralatan
55
Gambar A.2 Flowchart Prosedur Analisis pH
56
xiii
Gambar A.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
57
Gambar A.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
58
Gambar A.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
59
Gambar A.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids
60
(TSS)
Gambar A.7 Flowchart Prosedur Analisis Volaite Suspended Solids
61
(VSS)
Gambar A.8 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand
62
(COD)
Gambar A.9 Flowchart Prosedur Analisis Loading Up dan Operasi
63
Target
Gambar A.10 Flowchart Prosedur Recycle
64
Gambar D.1 Tangki Umpan
71
Gambar D.2 Fermentor
71
Gambar D.3 Botol Keluaran Fermentor (Discharge)
72
Gambar D.4 Botol Penampung Biogas (Gas Collector )
72
Gambar D.5 Gas Meter
72
Gambar D.6 Rangkaian Peralatan
73
Gambar D.7 Peralatan Analisis M-Alkalinity
73
Gambar D.8 Detecting Tube Hasil Analisis Gas H2S dan CO2
73
Gambar D.9 Peralatan Analisis Padatan Tersuspensi
74
Gambar D.10 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
74
Gambar D.11 Timbangan Analitik
74
Gambar D.12 Desikator
75
Gambar D.13 Oven
75
Gambar D.14 Furnace
75
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Potensi Sumber Daya Energi Baru Terbarukan
2
Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Terdahulu
3
Tabel 2.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
8
Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair untuk Industri Minyak Sawit
9
Tabel 2.3 Karakteristik Biogas
10
Tabel 2.4 Perbandingan Nilai Kalori dan Kesetaraan Biogas dengan
10
Sumber Energi Lain
Tabel 2.5 Kebutuhan Nutrisi Mikroba
18
Tabel 2.6 Volume Pembentukan Biogas dari Jumlah VFA yang
20
Terbentuk
Tabel 3.1 Jadwal Analisis Influent dan Effluent
29
Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian
30
Tabel 4.1 Karakteristik LCPKS dari PKS Adolina PTPN IV
31
Tabel B.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN IV PKS
65
Adolina
Tabel B.2 Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan VSS
65
pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.3 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
67
pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.4 Data Hasil Analisis Pembentukan Volatile Fatty Acid
67
(VFA) pada Variasi Hydraulic Retention Time (HRT)
Tabel B.5 D Data Hasil Analisa pH, Alkalinitas, TS, VS, TSS dan
67
VSS pada Variasi Recycle Sludge
Tabel B.6 Data Hasil Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
pada Variasi Recycle Sludge
xv
69
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A METODOLOGI PENELITIAN
53
A.1 LOKASI PENELITIAN
53
A.2 BAHAN DAN PERALATAN
53
A.2.1 Bahan-Bahan
53
A.2.2 Peralatan
53
A.3 FLOWCHART PROSEDUR PENELITIAN
56
A.3.1 Flowchart Prosedur Analisis pH
56
A.3.2 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
57
A.3.3 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
58
A.3.4 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
59
A.3.5 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids
(TSS)
60
A.3.6 Flowchart Prosedur Analisis Volaite Suspended Solids
(VSS)
61
A.3.7 Flowchart Prosedur Analisis Chemical Oxygen Demand
(COD)
62
A.3.8 Flowchart Prosedur Analisis Loading Up dan Operasi
Target
63
A.3.9 Flowchart Prosedur Recycle
64
LAMPIRAN B DATA HASIL ANALISIS
B.1 KARAKTERISTIK
LIMBAH
CAIR
65
PABRIK
KELAPA
SAWIT
65
B.2 DATA HASIL PENELITIAN
65
B.2.1 Data Hasil Penelitian pada Variasi Hydraulic Retention
Time (HRT)
65
B.2.2 Data Hasil Penelitian pada Variasi Recycle Sludge
67
LAMPIRAN C CONTOH PERHITUNGAN
70
C.1 PERHITUNGAN REDUKSI COD
70
C.2 PERHITUNGAN STANDAR DEVIASI
70
xvi
LAMPIRAN D DOKUMENTASI
71
LAMPIRAN E HASIL UJI LABORATORIUM
76
E.1 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS LEMAK
DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
76
E.2 HASIL UJI LABORATORIUM UNTUK ANALISIS PROTEIN
DALAM LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.3 HASIL
UJI
LABORATORIUM
KARBOHIDRAT
DALAM
UNTUK
LIMBAH
CAIR
ANALISIS
PABRIK
77
KELAPA SAWIT (LCPKS)
E.4 HASIL
UJI
77
LABORATORIUM
UNTUK
ANALISIS
78
VOLATILE FATTY ACID (VFA)
xvii
DAFTAR SINGKATAN
BOD
Biological Oxygen Demand
COD
Chemical Oxygen Demand
CPO
Crude Palm Oil
CSTR
Continous Stirred Tank Reactor
HRT
Hydraulic Retention Time
LCPKS
Limbah CairPabrik Kelapa Sawit
MLSS
Mix Liquor Suspended Solid
OLR
Organic Loading Rate
PKS
Pabrik Kelapa Sawit
POME
Palm Oil Mill Effluent
SBR
Sequencing Batch Reactor
SCABR
Suspended Closed Anaerobic Bioreactor
TBS
Tandan Buah segar
TCOD
Total Chemical Oxygen Demand
TKS
Tandan Kosong Sawit
TN
Total Nitrogen
TS
Total Solids
TSS
Total Suspended Solids
UASB
Upflow Anaerobic Sludge Bed
VFA
Volatile Fatty Acid
VS
Volatile Solids
VSS
Volatile Suspended Solids
xviii