ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT

Transkripsi

1 ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI ph TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK SKRIPSI Oleh YUDI RISWANTO DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

2 ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI ph TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK SKRIPSI Oleh YUDI RISWANTO SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI ph TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya. 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, 5 Januari 2017 Yudi Riswanto NIM i

4 PENGESAHAN SKRIPSI Skripsi dengan judul: ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI ph TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 21 Desember 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Mengetahui, Medan, Januari 2017 Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing Ir. Renita Manurung, M.T Ir. Bambang Trisakti, M.T NIP NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Maya Sarah, S.T, M.T, Ph D Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP NIP ii

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (Lcpks) Pada Kondisi Ambient : Pengaruh Variasi ph Terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Menggunakan Reaktor Batch Berpengaduk, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pengelolaan limbah cair pabrik kelapa sawit untuk menghasilkan VFA yang dapat dikonversi menjadi biogas sehingga dihasilkan produk yang dapat digunakan sebagai bahan bakar yang dapat diperbaharui. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T dan Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Dosen Pembimbing Penelitian 2. Ibu Dr. Ir. Fatimah, M.T. selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Maya Sarah, ST M.T. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 5. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 6. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia. iii

6 7. Partner penelitian Saprin dan rekan rekan penelitian LPPM yaitu Bg Zoeliadi Gondrong, Bg Dedy Anwar, Oby Vijay, Jonathan D Manurung, Reguel Nababan, M Reza Ramadhan, Aulia Fitri, Andre Fajar Siahaan dan Ricky Kristian Purba. 8. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2012, dan adik-adik stambuk 2013 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu. 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, Januari 2017 Penulis Yudi Riswanto iv

7 DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Warisman dan Almarhumah Ibu Yudimah Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do a yang tiada hentinya yang telah kalian berikan kepadaku selama ini. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Yudi Riswanto NIM : Tempat/Tgl. Lahir : Kotapinang / 23 Juni 1994 Nama orang tua : Warisman dan Yudimah Alamat orang tua : Jalan Simpang III Bukit, Kotapinang Labuhanbatu Selatan Asal Sekolah : SDN Kotapinang, tahun MTs Islamiyah Kotapinang, tahun SMAN 1 Kotapinang, tahun Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota bidang Pendidikan dan Kaderisasi. 2. Covalen Study Group (CSG) TEKNIK KIMIA USU periode 2014/2015 sebagai Anggota Bidang PAL 3. Asisten Laboratorium Ekologi Tahun Ajaran 2015/ Kerja Praktek di PTPN III Unit PKS Sisumut pada Februari 2016 Maret 2016 vi

9 LIST OF ABBREVIATIONS BOD COD HRT LCPKS OLR PKS POME PTPN SCOD SRT TS TSS VFA VS VSS Biochemical Oxygen Demand Chemical Oxygen Demand Hydraulic Retention Time Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Organic Loading Rate Pabrik Kelapa Sawit Palm Oil Mill Effluent Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara Soluble Chemical Oxygen Demand Solid Retention Time Total Solid Total Solid Suspended Volatile Fatty Acid Volatile Solid Volatile Solid Suspended vii

10 ABSTRAK Proses asidogenesis merupakan tahap pertama dalam proses digestasi anaerobik. Proses asidogenesis menghasilkan volatile fatty acid (VFA) yang menjadi substrat untuk tahap metanogenesis dalam memproduksi biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi ph serta mendapatkan kondisi ph terbaik dengan menggunakan reaktor batch berpengaduk dalam proses asidogenesis menggunakan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada kondisi ambient. Proses dilakukan dengan memvariasikan ph fermentor reaktor batch, yaitu 5; 5,5 dan 6 dengan kecepatan pengadukan 250 rpm. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi VFA pada asidogenesis. Pembentukan VFA total tertinggi dicapai pada variasi 5,5 yakni 4.141,416 mg/l dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat, dan asam butirat masing masing sebesar 1.444,329 mg/l; 712,5267 mg/l dan 1.984,5602 mg/l, dengan degradasi VS dan COD masing masing sebesar 30,39 % dan 27,78 % dan rasio VFA/Alkalinitas sebesar 1,7623 Kata kunci : Asidogenesis, Reaktor batch, Digestasi anaerobic, VFA, ph viii

11 ABSTRACT Acidogenesis was the first step in anaerobic digestation process. Acidogenesis process produced VFA which was a substrate of metanogenesis in biogas production. The aim of this study was to obtain the effect of various ph and to obtain the optimum ph condition by using impeller batch reactor and POME as the raw material in ambient condition. The process was perfomed at various ph fermentor batch reactor; such as 5; 5.5; and 6 at 250 rpm stirring speed. Solid analysis (TV, VS, TSS, and VSS), COD, and VFA were to examine the change of organic compound into VFA in acidogenesis process. The highest total VFA produced was 4, , which was obtained at 5.5 ph variation and each concentration of acetic acid, propionate acid, and butyric acid are 1, mg/l, mg/l, and 1, mg/l, with the degradation of VS and COD were % and %, the ratio of VFA/alkalinity was Keywords : Acidogenesis, batch reactor, anaerobic digestation, VFA, ph ix

12 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP PENULIS vi LIST OF ABBREVIATION vii ABSTRAK viii ABSTRACT ix DAFTAR ISI x DAFTAR GAMBAR xiii DAFTAR TABEL xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Ruang Lingkup Penelitian 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Perkembangan Kelapa Sawit di Indonesia Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Potensi Produksi Biogas Dari LCPKS Proses Digestasi Anaerobik Hidrolisis Asidogenesis Asetogenesis Metanogenesis Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Performa Digestasi Anaerob ph 12 x

13 2.5.2 Suhu Laju Pengadukan Hidraulic Retention Time (HRT) Solid Retention Time (SRT) Organic Loading Rate (OLR) Ukuran Partikel 16 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Lokasi Penelitian Bahan Dan Peralatan Bahan-Bahan Peralatan Tahapan Penelitian Analisis Bahan Baku Variasi ph Analisis Data Analisis ph Analisis M-Alkalinity Analisis Total Solids (TS) Analisis Volatile Solids (VS) Analisis Total Suspended Solids (TSS) Analisis Volatie Suspended Solids (VSS) Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) Analisis Soluble Chemical Oxygen Demand (SCOD) Analisis VFA Analisis Gas Jadwal Analisis Data Flowchart Penelitian Flowchart Prosedur Analisis Data Flowchart Prosedur Analisis ph Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity Flowchart Prosedur Analisis Total Solids xi

14 (TS) Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS) Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids (TSS) Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solids (VSS) 32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) Pengaruh ph pada Proses Asidogenesis Pengaruh ph Terhadap Alkalinitas, profil pertumbuhan mikroba (VSS), dan volatile solid (VS) Pengaruh ph Terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD) Pengaruh ph Terhadap Pembentukkan Volatile Fatty Acid (VFA) Pengaruh ph Terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 48 DAFTAR PUSTAKA 49 xii

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Pengolahan Minyak Kelapa Sawit yang Menghasilkan LCPKS 6 Gambar 2.2 Skema Proses Pengolahan Digesti Anaerobik 9 Gambar 2.3 Klasifikasi Mikroorganisme Berdasarkan Suhu 14 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan 19 Gambar 3.2 Flowchart Prosedur Analisis ph 27 Gambar 3.3 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity 28 Gambar 3.4 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS) 29 Gambar 3.5 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS) 30 Gambar 3.6 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids (TSS) 30 Gambar 3.7 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solids (VSS) 32 Gambar 4.1 Pengaruh ph Terhadap Alkalinitas 35 Gambar 4.2 Pengaruh ph Terhadap Rata-Rata Alkalinitas 36 Gambar 4.3 Pengaruh ph Terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba 36 Gambar 4.4 Pengaruh ph Terhadap Pertumbuhan Mikroba Terbaik 37 Gambar 4.5 Pengaruh ph Terhadap Volatile Solid (VS) 37 Gambar 4.6 Pengaruh ph Terhadap Volatile Solid (VS) Terbaik 38 Gambar 4.7 Pengaruh ph Terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) dan Soluble Chemical Oxygen Demand (SCOD) 41 Gambar 4.8 Pengaruh ph Terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD) 42 Gambar 4.9 Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada ph 5 43 Gambar 4.10 Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada ph 5,5 43 Gambar 4.11 Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada ph 6 44 Gambar 4.12 Pengaruh ph Terhadap Pembentukan VFA 45 Gambar 4.13 Pengaruh ph Terhadap Rasio VFA/Alkalinitas 46 xiii

16 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Karakteristik LCPKS sebelum dilakukan pengolahan 7 Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit Menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup 7 Tabel 2.3 Produksi Biogas dan Metana Teoritis dari Karbohidrat, Lemak, dan Protein 8 Tabel 2.4 Beberapa Kelompok Enzim Hidrolisis dan Fungsinya 10 Tabel 3.1 Jadwal Analisis Data 26 Tabel 4.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN III PKS Rambutan 33 xiv