PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN SKRIPSI Oleh SYERVY TANATA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013

2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN SKRIPSI Oleh SYERVY TANATA SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Medan, 19 Juli 2013 Syervy Tanata NIM i

4 PENGESAHAN Skripsi dengan judul : PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada 21 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. ii

5 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 Waktu Fermentasi Campuran Limbah Padat dan Limbah Cair Industri Tapioka Terhadap Gas Bio yang Dihasilkan, 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 membantu pengolahan limbah industri tapioka sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif, yaitu gas bio. Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul Pengaruh Komposisi Campuran Limbah Padat dan Cair Industri Tapioka Terhadap Persentase Penyisihan Total Suspended Solid (TSS) dengan Starter Kotoran Sapi. 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. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku Pembimbing 2. Adenan Samin selaku Penyedia Bahan Baku 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 2013 Penulis Syervy Tanata iii

6 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Kedua orang tua penulis, Hasan Tanata dan Titin yang selalu mendukung penulis dalam melaksanakan studi, menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Keluarga yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 4. Staf Pengajar Fakultas Teknik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Medan. 5. Partner penelitian, Mimi Richell Gunawan yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini. 6. Dr. Ir. Nurzainah Ginting, MSc. selaku dosen Fakultas Pertanian yang telah memberikan pengarahan tentang penelitian ini. 7. Bang Wahyu Adnin, Syahri Dani, Bang Juliananta Sitepu, Bang Teddy Julius, Bang Dedi Anwar, Bang Alfy Syahrin Triargo, Bang Basril Amirza Harahap, Bang Yohanes dan Bang Oktabani, serta Bang Daud yang telah membantu mulai dari mengarahkan sebelum penelitian hingga selesai penelitian dan penulisan skripsi. 8. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Kimia terutama angkatan 09 khususnya Danil Tarmizi, Intan Zahara, Krisnawati, Jasinda, Michael, Elmer Surya dan Ida Ayuningrum atas dukungan moril yang diberikan dan bantuan sehingga selesainya penulisan skripsi ini. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Syervy Tanata NIM: Tempat / Tanggal Lahir: Binjai / 30 Desember 1991 Nama Orang Tua: Hasan Tanata Alamat Orang Tua: Jl. Gajah Mada No.10B Kuala Asal Sekolah TK Methodist Binjai tahun SD Methodist Binjai tahun SMP Methodist Binjai tahun SMA Methodist Binjai tahun Pengalaman Organisasi / Kerja Himatek periode sebagai Anggota Sosroh Asisten Lab. KA tahun modul Analisa Air v

8 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap kualitas dan kuantitas gas bio yang dihasilkan dari limbah padat (ampas singkong) yang dikombinasikan dengan limbah cair industri tapioka dengan menggunakan digester anaerobik sistem batch serta mengevaluasi potensi ekonomi dari gas bio yang dihasilkan dari campuran tersebut. Bahan yang digunakan adalah campuran limbah padat (ampas singkong) dan limbah cair industri tapioka dengan starter berupa campuran antara kotoran sapi dan air. Variabel yang diamati yaitu volume gas bio, Total Suspended Solid (TSS) dan Chemical Oxygen Demand (COD) pada setiap 3 hari waktu fermentasi. Kemudian ph dijaga konstan pada rentang 6-7 dengan menggunakan larutan kapur dan diamati uji nyala gas bio. Penelitian diawali dengan mencampurkan limbah padat dan cair dengan perbandingan 70:30; 60:40; 50:50; 40:60 dan 30:70 (w/w) dengan starter kotoran sapi di dalam digester anaerobik sistem batch, selanjutnya diamati volume gas bio yang dihasilkan dan dianalisa TSS dan COD dari slurry. Volume gas bio optimum pada hari ke-33 pada perbandingan berat limbah padat dan limbah cair 70:30 dengan perolehan gas bio sebesar 193,617 L untuk total massa limbah sebanyak 225 kg. Persentase penyisihan TSS terbesar pada perbandingan berat yang sama yaitu 76,2289% dan penyisihan COD terbesar dengan nilai 28,5714%. Potensi ekonomi dari campuran limbah padat dan limbah cair industri tapioka ini tidak menjanjikan. Kata kunci: industri tapioka, limbah padat, limbah cair, gas bio, TSS, COD vi

9 ABSTRACT This research was conducted to know the quality and quantity of biogas that was made from solid and liquid wastes of tapioca industry in a batch anaerobic digester and evaluate economic potential of biogas from that mixture. The materials for this research were solid and liquid wastes from tapioca industry with starter of solid waste from cattle and water that mixed together. Variables for these are volume of biogas, Total Suspended Solid (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) which analized every 3 days at fermentation time. Then the ph was kept constant in the range of 6-7 by using a solution of lime and observed the flame test of biogas. The research began by mixing the solid and liquid wastes from tapioca industry at ratio 70:30; 60:40; 50:50; 40:60 and 30:70 (w/w) with starter of solid waste from cattle in a batch anaerobic digester, then the volume of biogas that produced was observed and analized TSS and COD of slurry. The optimum volume of biogas was at 33 rd day in weight composition of solid and liquid wastes 70:30 that obtained 193,617 L of biogas for 225 kg waste. The highest percentage reduction of TSS and COD were 76,2289% and 28,5714% at the same weight ratio. Economic potential from mixture of solid and liquid wastes of tapioca industry is not promising. Keywords: tapioca industry, solid waste, liquid waste, biogas, TSS, COD 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 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA UBI KAYU (SINGKONG) INDUSTRI PEMBUATAN TAPIOKA Pengupasan Pencucian Pemarutan Pemerasan/Ekstraksi Pengendapan Pengeringan LIMBAH INDUSTRI TAPIOKA 7 viii

11 2.3.1 Limbah Cair Industri Tapioka Limbah Padat Industri Tapioka GAS BIO Pengertian Gas Bio Prinsip Dasar Gas Bio Aplikasi Gas Bio Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Gas Bio Mekanisme Pembentukan Gas Bio PEMILIHAN PROSES DESKRIPSI PROSES POTENSI EKONOMI 15 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Peralatan Rangkaian Peralatan PROSEDUR PERCOBAAN Pembuatan Gas Bio Blok Diagram Pembuatan Gas Bio PROSEDUR ANALISA Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD) Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid (TSS) Pengukuran ph Pengukuran Volume Gas Bio Penentuan Kualitas Gas Bio 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP VOLUME GAS BIO HARIAN 24 ix

12 4.2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PERSENTASE PENYISIHAN TOTAL SUSPENDED SOLID (TSS) 4.3 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PERSENTASE PENYISIHAN CHEMICAL OXYGEN DEMAND (COD) 4.4 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP DERAJAT KEASAMAN (ph) BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 34 DAFTAR PUSTAKA 35 LAMPIRAN 1 40 LAMPIRAN 2 43 LAMPIRAN 3 44 x

13 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Ubi Kayu (Singkong) 5 Gambar 2.2 Diagram Alir Proses Pembuatan Tapioka 7 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Dalam Pembuatan Gas Bio 19 Gambar 3.2 Blok Diagram Pembuatan Gas Bio 20 Gambar 3.3 Flowchart Analisa Konsentrasi TSS 22 Gambar 3.4 Flowchart Pengukuran ph 23 Gambar 4.1 Gambar 4.2 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Gas Bio Harian Pada Beberapa Komposisi dengan Massa Total Limbah 225 kg Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Produksi Gas Bio Harian Pada Beberapa Komposisi Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan Total Suspended Solid (TSS) Pada Beberapa Komposisi Gambar 4.4 Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan Chemical Oxygen Demand (COD) Pada Beberapa Komposisi Gambar L3.1 Sampel Ampas Singkong 44 Gambar L3.2 Sampel Limbah Cair 44 Gambar L3.3 Peralatan Penelitian di Lapangan 45 Gambar L3.4 Digester Tampak Depan dan Tampak Samping 45 Gambar L3.5 Pengambilan Kotoran Sapi 46 Gambar L3.6 Proses Pemisahan Kotoran Sapi dari Kontaminan (Batu, Plastik Gambar L3.7 Proses Pencampuran Kotoran Sapi dan Air 47 Gambar L3.8 Proses Pengadukan Campuran Agar Homogen 47 Gambar L3.9 Proses Pengisian Digester 48 Gambar L3.10 Proses Pengadukan Slurry 48 Gambar L3.11 Pengambilan Sisa Sampel 49 Gambar L3.12 Pengujian ph xi

14 Gambar L3.13 Proses Pengisian Air Ke Dalam Tabung Pengukur Volume Gas Gambar L3.14 Penarikan Tali Untuk Tempat Gas Bio yang Akan Terperangkap Gambar L3.15 Dibuka Katup Pada Digester 51 Gambar L3.16 Diukur Ketinggian dari Gas Bio yang Terperangkap Dalam Tabung 51 Gambar L3.17 Persiapan Untuk Uji Nyala 52 Gambar L3.18 Terbentuk Nyala Api Biru 52 xii

15 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Cadangan dan Produksi Minyak Bumi di Indonesia 1 Tabel 2.1 Komposisi Ubi Kayu (Singkong) (per 100 gram bahan) 5 Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Cair Tapioka 8 Tabel 2.3 Kandungan Nutrisi Limbah Cair Tapioka 9 Tabel 2.4 Komposisi Ampas Ubi Kayu/Singkong (Onggok) 9 Tabel 2.5 Komposisi Gas Bio 10 Tabel 2.6 Karakteristik Gas Bio 11 Tabel 2.7 Perbandingan Proses Aerobik dan Anaerobik 14 Tabel L1.1 Analisa Kuantitatif Volume Gas, TSS, COD dan ph 40 Tabel L1.2 Analisa Kualitatif Uji Nyala 42 xiii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN HASIL ANALISA KUANTITATIF HASIL ANALISA KUALITATIF 41 LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN PERHITUNGAN TOTAL SUSPENDED SOLID AWAL (TSS 0 ) PERHITUNGAN PERSENTASE PENYISIHAN PERHITUNGAN COD TERKONVERSI 43 LAMPIRAN 3 DOKUMENTASI PENELITIAN SAMPEL AMPAS SINGKONG SAMPEL LIMBAH CAIR PERALATAN PENELITIAN PENGAMBILAN KOTORAN SAPI PROSES PENCAMPURAN STARTER KOTORAN SAPI DAN AIR 3.6 PROSES PENGISIAN DIGESTER PROSES PENGAMBILAN KELUARAN SAMPEL (SLURRY) 3.8 PENGUJIAN ph PROSES PENGUJIAN VOLUME GAS UJI NYALA 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 kertas saring kering mg B Berat kertas saring dan residu sesudah pemanasan 105 o C mg C Volume sampel ml xvi