BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Indonesia tahun 2014 memproduksi 29,34 juta ton minyak sawit kasar [1], tiap ton minyak sawit menghasilkan 2,5 ton limbah cair [2]. Limbah cair pabrik kelapa sawit atau palm oil mill effluent (POME) mentah sebagai padatan tersuspensi terdiri dari 95 95 % air, 0,6-0,7 % minyak dan 4-5 % padatan [3]. POME mengandung bahan organik yang tinggi dengan 113.000 ppm COD, 35.000 ppm BOD [4], temperatur tinggi berkisar 80-90 o C atau 50 60 o C, bersifat asam dengan ph berkisar 4 5 [5]. Pembuangan POME ke lingkungan menjadi masalah sehingga perlu dilakukan penelitian untuk memanfaatkannya. Minyak dan lemak merupakan komponen pencemar utama yang terdapat pada POME sehingga perlu penanganan terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air atau perairan. POME memiliki potensi untuk diproduksi menjadi biogas. Komposisi POME ditunjukkan pada Table 1.1 Tabel 1.1 Komposisi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit [6] Komponen Komposisi (%) Protein Mentah 12,5 Lemak dan minyak 10,2 Abu 14,6 Karbohidrat 29,5 Nitrogen 26,3 Karoten 0,019 Air 6,9 Biogas merupakan produk akhir dari degradasi anaerobik bahan organik oleh bakteri-bakteri anaerobik dalam lingkungan tanpa oksigen. Komponen terbesar yang terkandung dalam biogas adalah metana 55 70 % dan karbon dioksida 30 45 % serta sejumlah kecil, nitrogen dan hidrogen sulfid [7]. Gas metana merupakan gas rumah kaca yang menyebabkan masalah bagi lingkungan. 1
Pemanfaatan teknologi digestasi anaerobik dapat meminimalisasi dampak dari gas ini [8]. Proses digestasi anaerobik merupakan proses fermentasi bahan organik oleh aktivitas bakteri anaerob pada kondisi tanpa oksigen bebas dan merubahnya dari bentuk tersuspensi menjadi terlarut dan biogas [9]. Digestasi anaerobik dianggap efektif untuk proses pengolahan limbah pabrik kelapa sawit (POME) karena melibatkan mikroorganisme dengan serangkaian reaksi biokimia kompleks dari bahan organik menghasilkan metana dan karbondioksida [10]. Secara umum digestasi anaerobik memiliki 4 tahapan yaitu : hidrolisis, asidogenesis, asetogenesis dan metanogenesis [11] dan dilakukan pada kondisi mesofilik (30 37 o C ) dan termofilik (50-60 o C) 0 C [12] serta dalam kondisi intermediet 45 0 C [13] serta terjadi dalam berbagai variasi reaktor seperti seperti up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, up-flow anaerobic sludge fixed-film (UASFF) reactor, modified anaerobic baffled reactor (MABR), continuous stirred tank reactor (CSTR), anaerobic pond, anaerobic digester, expanded granular sludge bed (EGSB) reactor [14]. Beberapa penelitian yang telah dilakukan untuk menghasilkan biogas diperlihatkan pada table 1.2. Dalam rangka meningkatkan kinerja digestasi anaerobik, metode baru seperti metode dua tahap meunjukkan tingginya tingkat produksi [15]. Digestasi anaerobik dengan dua tahap dapat meningkatkan yield CH 4 sampai 23 % [16]. Ada rentang suhu yang memberikan kondisi pencernaan yang optimal untuk produksi metana yaitu rentang mesofilik dan termofilik. Rentang mesofilik optimum untuk produksi metana 30 C - 35 C dan suhu termofilik antara 50 C - 65 C. Biogas juga dapat diproduksi pada temperatur intermedit 45 0 C [13]. Produksi biogas dipengaruhi oleh hydraulic retention time (HRT) yang digunakan. Proses Hidrolisis, asidognesis dan metanognesis memiliki memiliki ph optimum yang berbeda[17]. Menurut Anna Schnurer et al, 2009 [13] proses digestasi anaerobik dapat dilangsungkan pada kondisi ambient, mesofilik dan termofilik. Proses digestasi anaerobik yang dilakukan oleh Sridevi V et al, 2014 [18] pada suhu ambient dan mesofilik (35 o C) memberikan hasil yang lebih baik pada suhu mesofilik. Sedangkan penelitian oleh Jeong et al, 2014 [19] pada suhu termofilik (55 0 C) dan 2
mesofilik (37 o C) menunjukkan hasil yang lebih baik pada suhu termofilik. Hasil ini menunjukkan peningkatan suhu dapat meningkatkan produksi digestasi anaerobik dua tahap Pada penelitian ini temperatur yang digunakan adalah diantara mesofilik dan termofilik yaitu 45 o C. Pemilihan suhu 45 0 C ini dapat menghemat energi yang digunakan daripada suhu termofilik. Untuk meningkatkan proses digestasi anaerobik dua tahap kondisi optimum operasi seperti ph, pengadukan dan HRT harus diketahui. Oleh sebab itu, penelitian ini dilakukan pada suhu intermedit (45 0 C) dengan menvariasikan ph dan HRT dari reaktor. Proses ini dilakukan dalam reaktor digestasi anaerobik dua tahap menggunakan reaktor continuous stirred tank reactor (CSTR) dengan bervolume 2 liter dengan umpan adalah palm oil mill effluent (POME). Tabel 1.2 Berbagai Penelitian Biogas Nama Peneliti (Tahun) Hasil Penelitian Yee-Shian Wonga et al (2013) [20] Asidognesis palm oil mill effluent (POME) pada suspended closed anaerobic bioreaktor dengan volume 4,5 L pada suhu mesofilik (35 0 C) dan ph 5,2 dengan variasi HRT (12, 10, 8, 4, 2) hari. Diperoleh peningkatan VFA sesuai dengan penurunan HRT. VFA terendah pada HRT 12 hari adalah 11569.71 mg CH 3 COOH/L dan VFA tertinggi pada HRT 2 yaitu 16956.00 mg CH 3 COOH/L Solmaz Aslanzadeh et al (2014) [21] Penelitian tentang digestasi anaerobik satu tahap dan dua tahap dengan bahan baku limbah makanan. Diperoleh hasil bahwa dengan menggunakan proses dua tahap yield yang diperoleh lebih tinggi dan ukuran reaktor yang digunakan bisa lebih kecil Penelitian menggunakan limbah makanan pada Kun Wang et al (2014) [22] reaktor Batch bervolume 500 ml. Reaktor dijalankan pada suhu 32 0 C, pengadukan 120 rpm, dengan variasi ph yaitu 4,5,6 dan ph tidak dikontrol. Diperoleh VFA terbanyak dengan ph 6 yaitu 918,23 mg Yee-Shian Wonga et al [2013] [23] Digestasi anaerobik pada continuous stirrer suspended closed anaerobic reactor dengan volume 4,5 L dengan sampel palm oil wastewater pada suhu 35 0 C dengan variasi HRT. VFA tertinggi diperoleh pada HRT 4 yaitu 12,117 CH 3 COOH/L 3
1.2 PERUMUSAN MASALAH Menurut Anna Schnurer et al, 2009 [13] proses digestasi anaerobik dapat dilangsungkan pada kondisi ambient, mesofilik dan termofilik. Proses digestasi anaerobik yang dilakukan oleh Sridevi V et al, 2014 [18] pada suhu ambient dan mesofilik (35 o C) memberikan hasil yang lebih baik pada suhu mesofilik. Sedangkan penelitian oleh Jeong et al, 2014 [19] pada suhu termofilik (55 0 C) dan mesofilik (37 o C) menunjukkan hasil yang lebih baik pada suhu termofilik. Dari penelitian diatas menunjukkan hasil yang lebih baik pada suhu yang lebih tinggi, sehingga pada penelitian ini temperatur yang digunakan adalah diantara mesofilik dan termofilik yaitu 45 o C. Pemilihan suhu 45 0 C ini dapat menghemat energi yang digunakan daripada suhu termofilik. Untuk meningkatkan proses digestasi anaerobik dua tahap pada suhu 45 o C kondisi optimum operasi seperti ph dan HRT harus diketahui. Oleh karena itu, beberapa masalah yang perlu diselesaikan dalam penelitian ini adalah: (i) Bagaimana pengaruh variasi HRT pada proses asidognesis LCPKS untuk pada temperatur 45 o C (ii) Bagaimana pengaruh variasi ph dan ph terbaik pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 o C. 1.3 TUJUAN PENELITIAN Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mendapatkan pengaruh variasi HRT dan mendapatkan HRT target untuk proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 0 C. 2. Mendapatkan pengaruh ph dan ph terbaik pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 0 C. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Adapun Manfaat dari penelitian yang akan dilakukan antara lain yaitu : 1. Memberikan informasi mengenai pengaruh variasi HRT pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 0 C. 2. Memberikan informasi mengenai pengaruh ph dan ph terbaik pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 0 C. 4
3. Memberikan informasi bagi peneliti yang ingin melakukan penelitian sejenis atau yang berhubungan. 1.4 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Ekologi, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,, Medan. Penelitian dilakukan menggunakan proses asidogenesis digestasi anaerobik menggunakan digester jenis continous stirred tank reactor (CSTR) dengan volume 2 liter. Adapun variabelvariabel dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Variabel konstan: a. Starter yang digunakan berasal dari kolam pengasaman torgamba. b. Jenis bahan baku atau umpan yang digunakan : Limbah cair kelapa sawit dari Pabrik Kelapa Sawit Adolina PTPN IV c. Kecepatan pengadukan tangki umpan: 250 rpm d. Temperatur fermentor: 45 o C e. Kecepatan pengadukan fermentor: 150 rpm 2. Variabel divariasikan: a. ph dari fermentor divariasikan pada 4,5; 5; 5,5 dan 6. b. HRT dari fermentor divariasikan 20 hari, 15 hari, 10 hari dan 4 hari. 3. Parameter analisa: Analisa cairan berupa M-alkalinity, kadar padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), kandungan Chemical Oxygen Demand (COD), kandungan Volatile Fatty Acid (VFA), dan ph. Analisa yang akan dilakukan di dalam penelitian ini meliputi analisa pada bahan baku yang digunakan yaitu POME dengan influent limbah dan effluent limbah. Adapun analisa cairan ini terdiri dari : 1. Analisa M-Alkalinity (Metode Titrasi) 2. Analisa kadar total solid (TS) (Metode Analisa Proksimat) 3. Analisa volatile solid (VS) (Metode Analisa Proksimat) 4. Analisa kadar total suspended solid (TSS) (Metode Analisa Proksimat) 5. Analisa volatile suspended solid (VSS) (Metode Analisa Proksimat) 6. Analisa COD (Chemical Oxygen Demand) (Metode Reflux Terbuka) 5
7. Analisa volatile fatty acid (VFA) (Metode Kromatografi) 8. Analisa ph. Analisa M-Alkalinity, kadar total solid (TS), volatile solid (VS) dilakukan sekali sehari, kadar total suspended solid (TSS), volatile suspended solid (VSS), COD (Chemical Oxygen Demand), dan volatile fatty acid (VFA) ini dilakukan tiga kali dalam satu variasi yaitu hari ke 10, 13 dan 15. 6