PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

PENGARUH PENGURANGAN KONSENTRASI TRACE METAL (NIKEL DAN KOBAL) PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SECARA ANAEROBIK TERMOFILIK TERHADAP PRODUKSI BIOGAS TESIS Oleh: NOVITA FARA FATIMAH 097022002 PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

PENGARUH PENGURANGAN KONSENTRASI TRACE METAL (NIKEL DAN KOBAL) PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SECARA ANAEROBIK TERMOFILIK TERHADAP PRODUKSI BIOGAS TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Kimia Pada Fakultas Teknik Oleh NOVITA FARA FATIMAH 097022002 PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012

Judul Rencana Penelitian : PENGARUH PENGURANGAN KONSENTRASI TRACE METAL (NIKEL DAN KOBAL) PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SECARA ANAEROBIK TERMOFILIK TERHADAP PRODUKSI BIOGAS Nama Mahasiswa : NOVITA FARA FATIMAH Nomor Induk Mahasiswa : 097022002 Program Studi : MAGISTER TEKNIK KIMIA Menyetujui, Komisi Pembimbing (Dr.Eng. Ir. Irvan, M.Si) Ketua (Dr. Ir. Fatimah, MT.) Anggota Ketua Program Studi Dekan FT USU (Dr. Ir. Taslim, M.Si) (Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME)

ABSTRAK Limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) merupakan limbah dari pabrik pengolahan kelapa sawit yang memiliki nilai COD tinggi, sehingga perlu diolah sebelum dapat dibuang ke perairan. Salah satu metode pengolahan LCPKS adalah secara anaerobik termofilik dan hasil akhir dari proses ini adalah biogas yang dapat digunakan sebagai bahan bakar. Untuk mengoptimalkan pembentukan biogas secara anaerobik termofilik diperlukan mikronutrien, salah satunya adalah trace metal yang dapat menstimulasi aktivitas metanogen pada proses pembentukan metan. Namun karena pada konsentrasi tinggi trace metal dapat berbahaya bagi makhluk hidup, maka pada penelitian ini dilakukan pengurangan penggunaan trace metal (nikel dan kobal) pada pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit secara anaerobik termofilik untuk mengetahui pengaruhnya terhadap produksi biogas. Konsentrasi trace metal awal yang digunakan pada penelitian ini 0,49 mg/l untuk nikel dan 0,42 mg/l untuk kobal, lalu dilakukan pengurangan hingga 90% dan 97% dari konsentrasi awal. Penelitian dilakukan dengan menggunakan continuous stirred tank reactor (CSTR) berkapasitas 2 liter, dengan suhu 55 o C, ph 6,5 7,8 dan HRT 6 hari. Bahan baku yang digunakan adalah LCPKS segar yang berasal dari fat pit pabrik kelapa sawit Adolina PTPN IV. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa dengan pengurangan trace metal (nikel dan kobal) 90% diperoleh volume rata-rata biogas sebanyak 7,10 liter/ hari dengan laju dekomposisi VS 53% dan dengan pengurangan trace metal hingga 97% diperoleh volume rata-rata biogas sebanyak 7,06 liter/ hari dengan laju dekomposisi VS 51%. Kata kunci: Trace metal, biogas, LCPKS, dekomposisi VS, anaerobik termofilik

ABSTRACT Palm oil mill effluent (POME) is palm oil mills byproducts which has high COD concentration, and it is necessary to be processed before being discharged into the stream. Anaerobic thermophilic is one method of POME treatment and the final product of this process is biogas which can be used as fuel. To optimize the formation of biogas, micronutrients are required, trace metals are micronutrients that can stimulate the activity of microorganisms which can increase methane production in anaerobic processes. Because trace metals at high concentrations can be harmful for living things, this experiment intends to know the effect of reducing the concentration of trace metals (nickel and cobalt) in the processing of palm oil mill effluent to biogas production by thermophilic anaerobic. The initial concentrations of trace metals used in this experiment were 0.49 mg /l for nickel and 0.42 mg /l for cobalt, then reduced until 90% and 97% from the initial concentration. The experiment was conducted by using two liters of continuous stirred tank reactor (CSTR) with temperature 50 o C, ph 6.5-7.8 and HRT 6 days. POME was taken from fat pit of Adolina mills belong to PTPN IV. The result of this experiment concluded that the 90% reduction of trace metal (nickel and cobalt) produced average volume of biogas 7.10 liter/day at the rate of VS decomposition 53% and the 97% reduction of trace metal, produced average volume of biogas 7.06 liter/day with VS decomposition rate 51%. Key word: Trace metal, biogas, POME, VS decomposition, thermophilic anaerobic

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Dalam penyusunan tesis ini kami banyak mendapatkan bantuan, masukan dan saran dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada bapak Dr.Eng. Ir. Irvan, M.Si sebagai Ketua Komisi Pembimbing dan ibu Dr. Ir. Fatimah, MT sebagai Anggota Komisi Pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan bantuan dalam penelitian dan juga dalam penyusunan tesis ini. Kami juga ingin mengucapkan terimakasih kepada Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku ketua Program Studi Magister Teknik Kimia, Mr. Tomiuchi Yoshimassa dari Metawater Co. Ltd dan Lembaga Penelitian dan Pengabdian Pada Masyarakat (LP3M) USU yang telah memberikan kesempatan bagi kami untuk melakukan penelitian sehingga dapat menyelesaikan tesis ini dan Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT yang telah memberikan masukan dan saran selama penelitian dan dalam penyusunan tesis ini. Terimakasih yang sebesar-besarnya kami tujukan kepada kedua orang tua dan keluarga yang selalu memberi dukungan kepada kami. Tak lupa rekan-rekan di LP3M USU, teman-teman di Magister Teknik Kimia dan seluruh pihak yang turut membantu dalam penulisan tesis ini.

` Kami menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu kami mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan tesis ini. Semoga tesis ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan khususnya di bidang pengolahan LCPKS. Medan, April 2012 Penulis NOVITA FARA FATIMAH

RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Medan pada tanggal 11 Nopember 1982 yang merupakan anak pertama dari tiga bersaudara dari pasangan M. Pahlevi dan Werdiningsih. Pendidikan Sekolah Dasar di tempuh SD Negeri Bakaran Batu Deli Serdang pada tahun 1988 1994 kemudian melanjutkan ke SMP Ampera Batang Kuis Deli Serdang tahun 1994 1997 dan SMU Negeri 2 Pematangsiantar pada tahun 1997 2000. Pada tahun 2000 penulis melanjutkan pendidikan di FMIPA Universitas Sumatera Utara jurusan Kimia dan lulus sebagai Sarjana Sains pada tahun 2006. Kemudian pada tahun 2009 penulis mengambil program Magister Teknik Kimia di Fakultas Teknik.

DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK.. i ABSRACT.. ii KATA PENGANTAR..... iii RIWAYAT HIDUP. v DAFTAR ISI....... vi DAFTAR GAMBAR....... ix DAFTAR TABEL....... x DAFTAR LAMPIRAN.... xi DAFTAR SINGKATAN xii BAB I. PENDAHULUAN.. 1 1.1. Latar Belakang.. 1 1.2. Perumusan Masalah.. 6 1.3. Tujuan Penelitian.... 7 1.4. Manfaat Penelitian 8 1.5. Lingkup Penelitian 8 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.. 10 2.1. Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit.. 10 2.2. Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit.. 12 2.3. Proses Pengolahan Limbah Secara Anaerobik.. 14 2.3.1. Hidrolisis. 15 2.3.2. Asidogenesis.. 16 2.3.3. Asetogenesis... 17 2.3.4. Metanogenesis.... 18

2.4. Biogas... 22 2.5. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Produksi Biogas..... 24 2.6. Trace Metal Sebagai Nutrisi Esensial Pada Mikroorganisme...... 28 2.7. Berbagai Penelitian Tentang Penggunaan Trace Metal Pada Pengolahan Limbah Secara Anaerobik 31 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN..... 34 3.1. Bahan dan Peralatan... 35 3.2. Tahap Penelitian..... 37 3.2.1. Penelitian Pendahuluan. 37 3.2.2. Penelitian Lanjutan 39 3.3. Prosedur Penelitian... 40 3.3.1. Loading Up Hingga Mencapai Target HRT.. 40 3.3.2. Pembuatan Umpan. 41 3.3.3. Pengujian Sampel...... 41 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN.. 43 4.1. Karakteristik LCPKS Sebagai Bahan Baku.... 43 4.2. Hasil Dan Pembahasan..... 44 4.2.1. Penelitian Pendahuluan.... 44 4.2.1.1. Produksi Biogas Selama Proses Fermentasi Anaerobik Termofilik. 44 4.2.1.2. Pengaruh Penghentian Penambahan Nikel dan Kobalt Terhadap Jumlah Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS) Dalam Fermentor..... 50 4.2.1.3. Pengaruh Penghentian Penambahan Nikel Dan Kobal Terhadap Dekomposisi Volatile Solid (VS). 53 4.2.2. Penelitian Lanjutan.. 54

4.2.2.1. Pengaruh Pengurangan Konsentrasi trace metal Nikel dan Kobal Pada Produksi Biogas... 56 4.2.2.2. Pengaruh Pengurangan Konsentrasi Nikel dan Kobal Pada Total Solid (TS) dan Volatile Solid (VS) 60 4.2.2.3. Pengaruh Pengurangan Konsentrasi Nikel dan Kobal Terhadap Penguraian Volatile Solid (VS).. 62 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN... 65 1.1. Kesimpulan... 65 1.2. Saran. 66 DAFTAR PUSTAKA.. 67 LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR Nomor Halaman 2.1. Konversi Bahan Organik Menjadi Metana Secara Anaerobik.. 14 2.2. Pembentukan Metana Dari Asetat dan Dari Karbon Dioksida. 20 2.3. Jalur Pembentukan Metana. 30 3.1. Skematik Rangkaian Peralatan Konversi LCPKS Menjadi Biogas 36 3.2. Tahap Percobaan Pendahuluan. 38 4.1. Produksi Biogas Pada Percobaan Pendahuluan. 45 4.2. Grafik Konsentrasi Trace Metal Dengan Volume Biogas 49 4.3. Jumlah TS Dan VS Dalam Fermentor.. 51 4.4. Persen Penguraian Volatile Solid (VS) Pada Fermentor. 53 4.5. Produksi Biogas Pada F1 Dan F2 Untuk Percobaan Lanjutan. 57 4.6 Struktur Senyawa Koronoid dan Kofaktor F430 59 4.7. Jumlah TS pada Fermentor 1 dan 2 60 4.8. Jumlah VS Pada Fermentor 1 dan Fermentor 2. 61 4.9 Persentase Dekomposisi Volatile Solid Dalam Fermentor 1 dan 2 63

DAFTAR TABEL Nomor Halaman 2.1. Sifat dan Komponen LCPKS. 10 2.2. Baku Mutu Limbah Cair Industri Minyak Kelapa Sawit.... 11 2.3. Degradasi Asetogenesis.. 17 2. 4. Keuntungan Dan Kerugian Fermentasi Anaerobik 21 2.5. Komposisi Biogas Secara Umum... 23 2.6. Komponen Pengganggu Dalam Biogas... 24 2.7. Unsur yang Berperan Dalam Metabolisme Methanogenic Archaea 28 2.8. Penelitan yang Menggunakan Trace Metal dalam Proses Anaerobik.. 32 4.1. Karakteristik LCPKS Dari PKS Adolina PTPN IV. 43 4.2. Konsentrasi Trace Metal Dan Biogas yang Dihasilkan.. 48 4.5. Konsentrasi Trace Metal Dan COD Pada F1. 55 4.6. Konsentrasi Trace Metal Dan COD Pada F2.. 56

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran Halaman A. DATA PERCOBAAN... xiii B. PROSEDUR PENGUJIAN SAMPEL......... xiv C. PERHITUNGAN..... xv

DAFTAR SINGKATAN COD CSTR HRT LCPKS PKS POME PTPN TS VS = Chemical Oxygen Demand = Continuous Stirred Tank Reactor = Hydraulic Retention Time = Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit = Pabrik Kelapa Sawit = Palm Oil Mill Effluent = Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara = Total Solids = Volatile Solids