PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT EFFLUENT RANUT (REAKTOR ANAEROBIK UNGGUN TETAP) MENGGUNAKAN TEKNIK ELEKTROKOAGULASI T E S I S Oleh FAUZIL HUSNI 087022002/TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT EFFLUENT RANUT (REAKTOR ANAEROBIK UNGGUN TETAP) MENGGUNAKAN TEKNIK ELEKTROKOAGULASI T E S I S Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Kimia Pada Fakultas Teknik Oleh FAUZIL HUSNI 087022002/TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
Judul Penelitian : PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT EFFLUENT RANUT (REAKTOR ANAEROBIK UNGGUN TETAP) MENGGUNAKAN TEKNIK ELEKTROKOAGULASI Nama : Fauzil Husni Nomor Pokok : 087022002 Program Studi : Teknik Kimia Menyetujui Komisi Pembimbing Dr. Ir. Tjahjono Herawan, M.Sc Ketua Drs. A. Mulia Rambe, MT Anggota Ketua Program Studi Dekan Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME Tanggal lulus : 2 September 2010
Telah diuji pada Tanggal : 2 September 2010 PANITIA PENGUJI TESIS K e t u a : Dr. Ir. Tjahjono Herawan, M.Sc A n g g o t a : 1. Drs. Ahmad Mulia Rambe, MT 2. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia 3. Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc 4. Dr. Maulida, ST, M.Sc
ABSTRAK Karakteristik limbah cair pabrik kelapa sawit effluent RANUT (Reaktor Anaerobik Unggun Tetap) belumlah memenuhi baku mutu limbah cair yang dipersyaratkan terutama untuk parameter TSS (Total Suspended Solid) dan COD (Chemical Oxygen Demand). Oleh sebab itu diperlukan pengolahan lebih lanjut untuk menurunkan kadar bahan pencemar yang terkandung, agar karakteristiknya dapat memenuhi baku mutu. Dalam penelitian ini teknik elektrokoagulasi digunakan untuk mengolah limbah tersebut. Penelitian dilakukan dengan menggunakan rancangan percobaan faktorial dengan 3 faktor, yaitu jenis material elektroda, tegangan, dan jarak elektroda. Jenis material elektroda yang digunakan adalah aluminium, seng dan besi. Variasi tegangan yaitu 11, 12 dan 13 volt, sedangkan jarak elektroda yang digunakan adalah 1,0; 1,5 dan 2,0 cm. Adapun ph limbah dibuat tetap 6,5, dan waktu retensi 3 jam. Percobaan dilakukan dalam reaktor batch dengan volume 2000 ml. Respon yang diamati adalah perubahan ph limbah, persentasi penurunan nilai turbiditas, warna, TSS, dan COD. Analisa respon ph dilakukan dengan menggunakan ph meter Sension156, COD dengan HACH Method 8000, TSS sesuai SNI 06-2413- 1991, warna dengan Method 8025, dan turbiditas dengan metode Nephelometric. Dari hasil penelitian diketahui bahwa teknik elektrokagulasi dapat menaikkan harga ph limbah. ph terbaik didapat dengan menggunakan elektroda aluminium yaitu 7-8. Persentasi penurunan polutan tertinggi diperoleh dengan menggunakan elektroda aluminium pada tegangan 12 Volt dan jarak elektroda 1,5 cm, dengan persentasi penyisihan masing-masing yaitu turbiditas 98,40%, warna 97,55 %, TSS 95,30 % dan COD 93,46 %. Dari hasil penelitian tersebut juga diketahui bahwa kadar TSS dan COD limbah telah memenuhi baku mutu limbah cair industri minyak sawit. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa pengaruh utama dari tiap faktor dan pengaruh interaksi antar faktor terhadap respon adalah signifikan. Kata kunci : Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit effluent RANUT, elektrokoagulasi, jenis material elektroda, tegangan, elektroda aluminium, persentasi penurunan, COD, TSS
THE TREATMENT OF PALM OIL LIQUID WASTE OF EFFLUENT RANUT (REACTOR ANAEROBIC FIXED BED) BY ELECTROCOAGULATION TECHNIQUE ABSTRACT Characteristics of palm oil mill liquid waste of effluent RANUT (Reactor Anaerobic Fixed bed) was not meet yet the basic quality requirement of liquid waste for TSS (Total Suspended Solid) and COD (Chemical Oxygen Demand).. Therefore it requires further treatment to reduce pollutants contained, so its characteristics can meet the quality standard. In this research, electrocoagulation is used as a technique to treat the waste. The research was carried out by using the factorial design with three factors, those are kind of electrode material, voltage, and distance of electrode. Type of electrode material used is aluminium, zink and iron. Voltage variation are 11, 12 and 13 Volt, while the distances of electrode used are 1.0; 1.5 and 2.0 cm. While the constant variabels are ph 6.5, and retention time 3 hours. The treatment was operated in batch reactor with volume of 2000 ml. The Responses would be observed are changes of ph, removal percentage of turbidity, color, TSS, and COD. Analysis of ph was carried out by using a ph meter SensIon156, COD by HACH Method 8000, TSS was according to SNI 06-2413-1991, the color by method 8025, and turbidity by Nephelometric method. Research results found that electrocoagulation could increase the price of waste ph. Best ph is 7-8 which was obtained by using aluminium electrode. Highest percentage of pollutant removal is obtained by using aluminium electrode at voltage 12 Volt and distance of electrode 1.5 cm, with their exclusion percentage of turbidity is 98.40%, color is 97.55%, TSS is 95.30% and COD is 93.46%. It was known that the value of TSS and COD were under the basic quality requirement of palm oil mill liquid waste. The results also showed that the influence of each factors and the influence of interactions between factors on the responses is significant. Key word: palm oil mill liquid waste of effluent RANUT, electrocoagulation, type of electrode material, voltage, aluminium electrode, removal percentage, COD, TSS
KATA PENGANTAR Puji syukur hanya berhak disampaikan kepada-nya, karena hakikatnya segala kenikmatan dan pemberian hanya dari Allah SWT. Teriring pula ucapan Alhamdulillahi robbil alamin atas segala karunia-nya sehingga penyusunan tesis ini dapat diselesaikan. Tulisan ini berjudul Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Effluent RANUT (Reaktor Anaerobik Unggun Tetap) Menggunakan Teknik Elektrokoagulasi. Tesis ini disusun sebagai salah satu persyaratan dalam menyelesaikan perkuliahan di tingkat pascasarjana dan untuk memperoleh gelar Master Teknik di. Tesis ini disusun setelah melalui tahapan penelitian yang dilaksanakan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan dan Laboratorium PDAM Tirtanadi, untuk itu Penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala bantuan dan fasilitas yang telah diterima. Penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang tinggi kepada Dr. Ir. Tjahjono Herawan, M.Sc selaku pembimbing dan Drs. Ahmad Mulia Rambe, MT selaku Co-Pembimbing atas bantuan, bimbingan, curahan ilmu, asih dan asuh yang telah diberikan selama penyusunan tesis dan sepanjang penyelesaian pendidikan kesarjanaan ini. Pada kesempatan ini, disampaikan pula ucapan terima kasih kepada yang terhormat: 1. Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc.(CTM), Sp.A(K) selaku Rektor atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti Pendidikan Program Magister.
2. Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara atas kesempatan menjadi Mahasiswa Magister Teknik Kimia pada Sekolah Pascasarjana. 3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia, selaku Ketua Program Studi Magister Teknik Kimia,. 4. Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc selaku Sekretaris Program Studi Magister Teknik Kimia,. 5. Kedua orang tua, Ilham Asnawi, SPdi dan Masdariah, BA, serta kakak, adik dan seluruh keluarga untuk dukungan moril dan do`a yang begitu tulus. 6. Staf pengajar Magister Teknik Kimia dan MIPA-Kimia, Universitas Sumatera Utara. 7. Rekan-rekan mahasiswa, rekan-rekan pegawai di PDAM Tirtanadi dan Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS) Medan, serta semua pihak yang telah banyak memberikan bantuan baik tenaga, pikiran, dan waktu, sehingga penulis dapat dengan baik menyelesaikan tesis ini. Kiranya amal baik mereka mendapatkan balasan yang setimpal dari Allah SWT. Akhirnya dengan segala kerendahan hati, Penulis menyadari bahwa penulisan naskah tesis ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu saran yang korektif sangat penulis harapkan dari semua pihak untuk perbaikan pada masa yang akan datang. Amin ya robbal`alamin. Medan, Agustus 2010 Penulis Fauzil Husni
RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Laut Dendang, Sei Rampah, Serdang Bedagei 15 September 1983. Penulis adalah anak ke-dua dari lima bersaudara dari pasangan Bapak Ilham Asnawi, Spdi dan Ibu Masdariah, BA. Pendidikan Sekolah Dasar ditempuh di SD Al-Washliyah Kp. Lalang Sei Rampah dari tahun 1990-1996. Penulis melanjutkan pendidikan Madrasah Tsnawiyah (MTS) dan Madrasah Aliyah (MAS) di Pondok Pesantren Ar-Raudhatul Hasanah Medan pada tahun 1996-2002. Pada tahun 2002, penulis diterima menjadi mahasiswa Universitas Negeri Medan, FMIPA jurusan Kimia, dan lulus Sarjana Sains pada tahun 2006. Pada tahun 2008, penulis memperoleh kesempatan mengikuti pendidikan Pascasarjana di Fakultas Teknik pada Program Studi Magister Teknik Kimia.
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK...i ABSTRACT...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR RIWAYAT HIDUP...v DAFTAR ISI...vi DAFTAR TABEL...viii DAFTAR GAMBAR...ix DAFTAR LAMPIRAN...x I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang...1 1.2. Perumusan Masalah...4 1.3. Tujuan Penelitian...5 1.4. Manfaat Penelitian...5 1.5. Lingkup Penelitian...6 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Karakteristik dan Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit...7 2.2. Parameter Utama Yang Diamati...8 2.3. Pengolahan LCPKS dengan Reaktor Anaerobik Unggun Tetap...12 2.4. Elektrokoagulasi...16 2.4.1. Definisi...16 2.4.2. Proses Elektrokoagulasi...16 2.4.3. Jenis Plat Elektroda...20
2.4.4. Kelebihan Teknik Elektrokoagulasi...23 2.4.5. Kelemahan Teknik Elektrokoagulasi...23 2.5. Elektrolisis...24 2.5.1. Sel dan Elektrolisis...24 2.5.2. Hukum Elektrolisis Faraday...25 2.6. Koagulasi dan Flokulasi...27 III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian...30 3.2. Alat dan Bahan Percobaan...30 3.2.1. Bahan...30 3.2.2. Peralatan...31 3.2.3. Perancangan Reaktor...32 3.3. Rancangan Percobaan...33 3.4. Prosedur Percobaan...35 3.4.1. Perangkaian Reaktor Elektrokoagulasi...35 3.4.2. Preparasi Limbah RANUT...35 3.4.3. Pelaksanaan Percobaan...36 3.5. Analisis Data...36 IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisa Awal Karakteristik Limbah Cair Effluent RANUT...39 4.2. Analisa Berat Anoda dan Endapan Pasca Pengolahan...40 4.3. Analisa Pengaruh Variabel Terhadap Respon Yang Diamati...44 4.3.1. Pengaruh Perlakuan Terhadap Perubahan ph...44 4.3.2. Pengaruh Perlakuan Terhadap Penurunan Turbiditas limbah...48 4.3.3. Pengaruh Perlakuan Terhadap Penurunan Warna Limbah...50 4.3.4. Pengaruh Perlakuan Terhadap Penurunan Total Suspended Solid (TSS)...54 4.3.5. Pengaruh Perlakuan Terhadap Penurunan Kadar COD...56 4.4. Analisa Varian Terhadap Data Hasil Pengolahan...59 V. PENUTUP 5.1. Kesimpulan...61 5.2. Saran...62 DAFTAR PUSTAKA...64
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1. Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit...7 2.2. Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit...8 2.3. Data Teknis Pilot Plant Tangki RANUT...14 2.4. Karakteristik LCPKS Effluent RANUT Tipe Down flow...15 3.1. Kombinasi Level Pada Setiap Satuan Percobaan...34 4.1. Hasil Analisa Awal Karakteristik Limbah Cair Effluent RANUT...39 4.2. Data Analisa Perubahan ph dan Persentasi Penurunan Respon...45 4.3. Data Harga P dan R 2 Dari Analisa Varian Untuk Setiap Respon...59
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Diagram pilot plant RANUT...14 2.2. Proses Pengikatan Polutan Pada Teknik Elektrokoagulasi...19 2.3. Proses Elektrokoagulasi dengan Elektroda Besi...21 2.4. Sketsa Rangkaian Proses Elektrokoagulasi dengan Elektroda Al...22 2.5. Reaktor Elektrolisis...24 3.1. Dimensi Reaktor Elektrokoagulasi...33 3.2. Diagram Alir Penelitian...38 4.1. Grafik Pengaruh Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap Berat Anoda Yang Berkurang Untuk Ketiga Material Elektroda...41 4.2. Grafik Pengaruh Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap Berat Endapan Yang Dihasilkan Untuk Ketiga Material Elektroda...41 4.3. Grafik Pengaruh Jenis Material Elektroda, Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap ph Limbah...46 4.4. Grafik Pengaruh Jenis Material Elektroda, Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap Persentasi Penurunan Turbiditas Limbah...49 4.5. Perubahan Warna Limbah Selama Proses Pengolahan Menggunakan Elektroda Al...51 4.6. Grafik Pengaruh Jenis Material Elektroda, Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap Persentasi Penurunan Warna Limbah...51 4.7. Perbedaan Warna Endapan Hasil Pengolahan Untuk Ketiga Jenis elektroda...53 4.8. Grafik Pengaruh Jenis Material Elektroda, Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap Persentasi Penurunan TSS Limbah...54 4.9. Grafik Pengaruh Jenis Material Elektroda, Tegangan dan Jarak Elektroda Terhadap Persentasi Penurunan COD Limbah...57
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1. Prosedur Analisis... 69 2. Data Berat Anoda Yang Berkurang... 76 3. Data Berat Endapan... 78 4. Data Analisa Respon Pada Limbah Hasil Pengolahan... 79 5. Gambar Perubahan Warna Limbah Selama Proses Berlangsung Menggunakan Ketiga Jenis Elektroda Pada Tegangan 12 Volt dan Jarak Elektroda 1,5 cm... 81 6. Hasil Analisa Varian Menggunakan Program Minitab15...82