PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI Oleh DERIL CLINTON DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN SKRIPSI Oleh DERIL CLINTON SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Medan, Agustus 2015 Deril Clinton NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul: PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 13 Agustus 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Medan, Agustus 2015 ii

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: Penelitian ini membantu pengolahan limbah kulit buah aren sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif, yaitu biogas Penelitian dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar besarnya kepada: Ir. Netti Herlina, MT selaku Pembimbing 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, Agustus 2015 Penulis Deril Clinton iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Jhonny Robert Panjaitan dan Delima Simorangkir. 2. Saudari terkasih Ratna Cempaka Yelestine dan Sardis Naviri. 3. Keluarga besar Panjaitan dan Simorangkir di Medan, Jakarta, dan Tangerang. 4. Pemuda/i POUK Harapan kita 5. Teman-teman terbaik di Teknik Kimia Dewi, Jekky, Lean, Maggie, Popphy, Ruben dan semua stambuk 2010, serta senior/ junior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. 6. Ir. Netti Herlina, MT selaku dosen pembimbing. 7. Ir. Bambang Trisakti, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen penguji. 8. Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU 9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Deril Clinton Nim : Tempat/ tgl lahir : Jakarta, 12 Februari 1993 Nama orang tua : Jhonny Robert Panjaitan Alamat orang tua : Jl. Bakung II Blok i5 No. 2 Perumahan Harapankita Tangerang Asal sekolah SD Yayasan Pendidikan Mutiara Kasih SMP Strada Selamet Riyadi SMA Negeri 5 Tangerang Beasiswa yang pernah diperoleh : Beasiswa PPA Tahun 2011 & 2012 Pengalaman organisasi/ kerja : UKM KMK USU UP Teknik sebagai AKK (Anggota Kelompok Kecil) tahun Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Penelitian dan Pengembangan Asisten Perpustakaan Teknik Kimia USU Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah: Jurnal Teknik Kimia USU v

8 ABSTRAK Aren (Arenga pinnata) merupakan tanaman serbaguna. Pemanfaatanya yang luas dalam industri makanan menghasilkan limbah kulit buah yang dapat digunakan sebagai biomassa tanaman untuk pembuatan biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas dan kuantitas biogas yang terbuat dari campuran limbah kulit buah aren dan air dengan menggunakan digester anaerobik sistem batch serta mengevaluasi potensi ekonomi dari biogas yang dihasilkan dari campuran tersebut. Penelitian dilakukan dengan mencampur kulit buah aren dengan air dalam rasio 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; dan 1:8 (w/w) dengan starter kotoran sapi dicampur dengan air didalam digester anaerobik sistem batch. Variabel yang diamati adalah volume biogas, komposisi biogas, Total Suspended Solid (TSS) dan Chemical Oxygen Demand (COD) serta slurry dianalisis tiap 3 hari fermentasi. ph untuk penelitian ini diatur pada kisaran 6,4-8. Volume biogas terbesar pada rasio 1:11,5 (w/w) campuran limbah kulit buah aren dan yaitu 637 ml untuk total limbah sebanyak 1,5 L dengan kandungan metana sebesar %. Diperoleh persentase penyisihan TSS sebesar 88,10 % dan persentase penyisihan COD sebesar 82,43 %. Slurry menghasilkan TSS dan COD yang belum memenuhi baku mutu limbah cair. Potensi ekonomi dari pemanfaatan campuran limbah kulit buah aren dan air sebagai biogas menguntungkan. Kata kunci: biogas, COD, digester anaerobik, limbah kulit buah aren, TSS vi

9 ABSTRACT Aren / Sugar Palm (Arenga pinnata) is a multipurpose crop. The widely use of sugar palm for food industries, generates sugar palm leather waste which can be use as a biomass for biogas production. This study aims to determine the quality and the quantity of biogas made from a mixed of sugar palm leather waste and water using batch anaerobic digester system and to evaluate the economic potential of biogas production from the mixture. Research carried out by mixing sugar palm leather with water in a ratio of 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; and 1:8 (v/v) with cow dung as a starter mixed with water in an anaerobic digester batch system. Observed variables are biogas, biogas composition, Total Suspended Solid (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) and analyzed fermentation slurry for every 3 days. ph for this study is set in the range of 6,4-8. The largest volume of biogas production is found at a ratio 1:11,5 (w/w) mixture of sugar palm leather and water that is 637 ml for total waste 1,5 L with 60,983 % methane contain. TSS remove percentage obtained was 88,10%and percentage of COD removal by 82,43%. Slurry produces unqualified TSS and COD with the standard quality of liquid waste. The economic potential of using a mixture of sugar palm leather and water for producing biogas is beneficial. Keywords : anaerobic digester, biogas, COD, sugar palm leather waste, TSS vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI iv RIWAYAT HIDUP PENULIS v ABSTRAK vi ABSTRACT vii DAFTAR ISI viii DAFTAR GAMBAR xi DAFTAR TABEL xiii DAFTAR LAMPIRAN xiv DAFTAR SINGKATAN xv DAFTAR SIMBOL xvi BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA AREN BUAH AREN KOTORAN SAPI FERMENTASI Chemical Oxygen Demand Total Suspended Solid BIOGAS TAHAP PEMBENTUKAN BIOGAS Hidrolisis 13 viii

11 2.6.2 Asidogenesis Asetogenesis Metanogenesis FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI BIOGAS Makro dan Mikro Nutrien Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N) Temperatur Derajat Keasaman (ph) Lama Fermentasi POTENSI EKONOMI 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Peralatan Rangkaian Peralatan PROSEDUR PERCOBAAN Pembuatan Biogas Blok Diagram Pembuatan Biogas PROSEDUR ANALISA Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD) Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid (TSS) Pengukuran ph Pengukuran Volume Biogas Penentuan Kualitas Biogas 27 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN KARAKTERISTIK LIMBAH KULIT BUAH AREN PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP DERAJAT KEASAMAN (ph) PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP ix

12 % PENYISIHAN TSS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP % PENYISIHAN COD PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP YIELD BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL KUALITAS DAN KOMPOSISI BIOGAS 39 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 41 DAFTAR PUSTAKA 42 LAMPIRAN 1 47 LAMPIRAN 2 54 LAMPIRAN 3 57 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Tanaman Aren (Arenga pinnata) 5 Gambar 2.2 (a) Buah Aren Muda (b) Buah Aren Matang 7 Gambar 2.3 Tahap Pembentukan Biogas 12 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Proses Pembuatan Biogas 20 Gambar 3.2 Blok Diagram Pembuatan Biogas 21 Gambar 3.3 Flowchart Persiapan Uji Penentuan Harga COD 23 Gambar 3.3 Flowchart Penentuan Harga COD 25 Gambar 3.5 Flowchart Penentuan Total Suspended Solid 26 Gambar 3.6 Flowchart Penentuan Pengukuran ph 27 Gambar 4.1 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Derajat Keasaman (ph) Pada Beberapa Komposisi Sampel 29 Gambar 4.2 Grafik Hubungan TSS Terhadap Waktu Fermentasi Dan Derajat Keasaman (ph) Pada Beberapa Komposisi Sampel 30 Gambar 4.3 Grafik Hubungan COD Terhadap Waktu Fermentasi Dan Derajat Keasaman (ph) Pada Beberapa Komposisi Sampel 31 Gambar 4.4 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap % Penyisihan TSS Pada Beberapa Komposisi Sampel 32 Gambar 4.5 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap % Penyisihan COD Pada Beberapa Komposisi Sampel 34 Gambar 4.6 Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Volume Biogas Pada Beberapa Komposisi Sampel 36 Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Produksi Biogas Per COD Tereduksi 37 Gambar L1.1 Hasil Analisa COD Pada Setiap Variasi Komposisi 47 Gambar L1.2 Hasil Analisa Rasio C/N Kulit Buah Aren 48 Gambar L1.3 Hasil Analisa Komposisi Biogas 49 Gambar L3.1 Limbah Kulit Buah Aren (Sampel) 53 Gambar L3.2 Pengenceran Kotoran Sapi dan Air 53 Gambar L3.3 Pengecilan Ukuran Sampel 54 xi

14 Gambar L3.4 Digester 54 Gambar L3.5 Rangkain Peralatan Digester 55 Gambar L3.6 Proses Pengisian Digester 55 Gambar L3.7 Proses Pengambilan Slurry 56 Gambar L3.8 Analisa ph 56 Gambar L3.9 Analisa Total Suspended Solid (TSS) 57 Gambar L3.10 Biogas Dalam Kantong Plastik 58 Gambar L3.11 Uji Nyala Gas Bio 58 Gambar L3.12 Biogas Dalam Vacutainer Untuk Analisa Komposisi Gas 59 Gambar L3.13 Kromatografi Gas 59 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Penelitian Yang Menggunakan Biomassa Tanaman Sebagai Bahan Baku 2 Tabel 2.1 Komposisi Gas Bio Secara Umum 12 Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Kulit Buah Aren 28 Tabel 4.2 Tabel Hasil Analisis Uji Nyala Biogas Limbah Kulit Buah Aren 39 Tabel 4.3 Tabel Hasil Analisis Komposisi Biogas Limbah Kulit Buah Aren 39 Tabel L1.1 Tabel Hasil Analisa 43 Tabel L1.2 Tabel Hasil Analisis Uji Nyala Biogas Limbah Kulit Buah Aren 50 Tabel L1.3 Tabel Hasil Analisis Komposisi Biogas Limbah Kulit Buah Aren 50 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA ANALISIS PENELITIAN HASIL ANALISA HASIL ANALISA BIOGAS HASIL ANALISA UJI LABORATORIUM 51 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN PERHITUNGAN VOLUME DIGESTER PERHITUNGAN BAHAN PERHITUNGAN GLUKOSA YANG DIBUTUHKAN PERHITUNGAN TOTAL SOLID SUSPENDED (TSS) PERHITUNGAN PERSENTASE PENYISIHAN PERHITUNGAN COD TERKONVERSI 56 LAMPIRAN 3 FOTO PENELITIAN LIMBAH KULIT BUAH AREN (SAMPEL) PENGENCERAN KOTORAN SAPI DAN AIR PENGECILAN UKURAN SAMPEL DIGESTER PROSES PENGAMBILAN SLURRY ANALISA PH ANALISA TOTAL SUSPENDED SOLID (TSS) UJI KUALITAS BIOGAS 62 xiv

17 DAFTAR SINGKATAN COD TSS ph Chemical Oxygen Demand Total Suspended Solid Power of Hydrogen xv

18 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Ca(CO 3 ) Kapur CH 4 Metana A Berat filter dan residu sesudah pemanasan C mg B Berat filter kering sesudah pemanasan C mg C Volume sampel ml N1 Normalitas larutan K 2 Cr 2 O 7. V1 Larutan K 2 Cr 2 O 7 ml V2 Volume larutan FAS ml xvi