KAJIAN GRAVITY THICKENER

KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI ALAT PEMISAH LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SKALA PILOT TESIS OLEH RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN 097022001/TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI ALAT PEMISAH LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SKALA PILOT TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Magister Teknik Kimia pada Fakultas Teknik OLEH RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN 097022001/TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

JUDUL PENELITIAN : KAJIAN GRAVITY THICKENER SEBAGAI ALAT PEMISAH LUMPUR KELUARAN FERMENTOR PADA PEMBUATAN BIOGAS DARI FERMENTASI LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT SKALA PILOT NAMA MAHASISWA : RAHMAT MULYADI NAINGGOLAN NOMOR INDUK MAHASISWA : 097022001 PROGRAM STUDI : MAGISTER TEKNIK KIMIA Menyetujui, Telah di Uji Pada Tanggal 30 Januari 2014

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Dr.Eng. Ir. Irvan, M.Si : 1. Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T 2. Dr. Ir. Taslim, M.Si 3. Ir. Bambang Trisakti, M.Sc 4. Dr. Ir. Iriany, M.Si

RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Desa Bulumario Kecamatan Sipirok Kabupaten Tapanuli Selatan pada tanggal 08 April 1983 yang merupakan anak terakhir dari sepuluh bersaudara dari pasangan Bapak Kosim Nainggolan dan Ibu Bairom Pasaribu (Alm). Pendidikan Sekolah Dasar (SD) di tempuh di SD Inpres Desa Bulumario pada tahun 1989-1995, kemudian melanjutkan ke pendidikan Sekolah Menengah Pertama (SMP) di SMP Negeri 4 Sipirok pada tahun 1995-1998, kemudian melanjutkan ke Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 1 Sipirok pada tahun 1998-2001. Pada tahun 2001 Penulis melanjutkan pendidikan di Universitas Sumatera Utara Fakultas Teknik Jurusan Diploma IV Teknologi Kimia Industri dan lulus menjadi Sarjana Sains Terapan (S.ST) pada tahun 2006. Setelah itu Penulis melanjutkan pendidikan program Magister Teknik Kimia di Fakultas Teknik. Saat ini penulis bertugas sebagai Staf Ahli Teknik Lingkungan PT. Emesi Consultant dan Dosen di STIP-AP Kampus LPP Medan. Menikah pada tahun 2007 dengan Novilah, A.Md dikaruniai 3 (tiga) orang putri : Yusvita Almaghfirah Nainggolan, Jasysyiyah Alqadariah Nainggolan dan Jaliilah Yarashimah Nainggolan.

ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan desain gravity thickener sebagai alat sedimentasi yang sesuai pada proses konversi LCPKS dengan sistem recycle pada skala pilot sebagai upaya untuk memperoleh laju dekomposisi VS 80%. LCPKS yang digunakan diambil dari fat pit PKS Adolina PTP Nusantara IV. Adapun bahan kimia yang digunakan adalah NaHCO 3, FeCl 2, NiCl.6H 2 O dan CoCl 2.6H 2 O. Percobaan dilaksanakan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) skala pilot. Proses recycle sludge dilakukan menggunakan gravity thickener yang terbuat dari carbon steel dilengkapi dengan 5 buah kran sebagai tempat pengambilan sampel. Percobaan dilakukan dengan ph pada kisaran 6,5-7,8 dan M-alkalinity dijaga 3.000 mg/l dengan penambahan NaHCO 3 sebanyak 2,5 g/l LCPKS. Percobaan diawali dengan loading up hingga mencapai target HRT 6 hari, kemudian dilakukan pengukuran kadar TS dan VS pada variasi diameter gravity thickener, recycle sludge dan sludge level hingga dicapai data yang stabil yaitu 3 x HRT. Percobaan dengan memvariasikan diameter gravity thickener 315 dengan 350 mm menunjukkan tidak terjadi perubahan kadar TS dan VS. Hal ini terjadi karena perbedaan diameter tidak begitu signifikan. Variasi recycle sludge dari 25, 34 hingga 50% menunjukkan bahwa produksi biogas meningkat dengan semakin besarnya recycle sludge. Variasi sludge level dilakukan untuk mengetahui kadar TS dan VS sludge pada masing-masing level yaitu 130; 150; 170; 190 dan 210 cm dari alas tangki silinder gravity thickener. Percobaan diawali tanpa penggunaan anulus pada gravity thickener, ternyata tidak bisa dilakukan penentuan sludge level karena kadar TS dan VS pada masing-masing sludge level tidak konstan akibat adanya gejolak. Akhirnya gravity thickener dilengkapi dengan anulus dan percobaan ini menunjukkan bahwa kadar TS dan VS pada sludge level 130 dan 150 cm masih sangat tinggi yaitu berkisar 23.000-26.000 mg/l. Serangkaian percobaan memperlihatkan bahwa gravity thickener berdiameter 315 mm, recycle sludge 50% dan dilengkapi anulus yang digunakan sebagai alat sedimentasi pada proses konversi LCPKS dengan sistem recycle pada skala pilot menghasilkan laju dekomposisi VS 73,4%. Kata Kunci : biogas, limbah cair pabrik kelapa sawit, pembangkit listrik tenaga biogas, gravity thickener i

ABSTRACT This study aims to get a gravity thickener design as an appropriate means of sedimentation on LCPKS conversion process with a recycle system on a pilot scale in an attempt to obtain the decomposition rate of 80 % VS. LCPKS used are taken from the fat pit PKS Adolina PTP Nusantara IV. As for chemical compounds used are NaHCO 3, FeCl 2, NiCl.6H 2 O and CoCl 2.6H 2 O. Experiments conducted on Biogas Power Plant (PLTBg) pilot scale. Recycle process performed using a gravity sludge thickener made of carbon steel is fitted with 5 taps as sampling site. The experiments were performed with a ph in the range 6.5 to 7.8 and the M - alkalinity is maintained 3.000 mg / l by the addition of 2.5 g NaHCO 3 / L LCPKS. The experiment begins with loading up until it reaches the target HRT 6 days, then measured levels of TS and VS on the variation in diameter gravity thickener, sludge and recycle sludge level to achieve stable data that is 3 x HRT. Experiments by varying the diameter gravity thickener 315 to 350 mm showed no changes in the levels of TS and VS. This occurs because the diameter difference is not so significant. Variations recycle sludge from 25, 34 to 50 % indicates that the biogas production increased with the size of the recycle sludge. Variations sludge was conducted to determine the level of TS and VS concentration sludge at each level is 130 ; 150 ; 170 ; 190 and 210 cm from the base gravity cylinder thickener tank. The experiment started without the use of the gravity thickener annulus, it can not be done because of the determination of the level of sludge TS and VS content of the sludge each level is not constant. Eventually gravity thickener equipped with the annulus and these experiments show that the levels of TS and VS in the sludge level 130 and 150 cm are still very high, ranging from 23000-26000 mg / l. A series of experiments showed that the 315 mm diameter gravity thickener, sludge recycle 50 % and comes annulus is used as a means of sedimentation on LCPKS conversion process with recycle system at pilot scale resulted in decomposition rate of 73.4 % VS. Keywords : biogas, palm oil mill effluent, biogas power plants, gravity thickener ii

KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji dan syukur kepada Allah SWT atas segala kesempatan dan kesehatan yang diberikan-nya sehingga tesis Magister Teknik Kimia ini dapat diselesaikan. Judul tesis ini adalah Kajian Gravity Thickener sebagai Alat Pemisah Lumpur Keluaran Fermentor pada Pembuatan Biogas dari Fermentasi Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Skala Pilot. Dalam penyusunan tesis ini, penulis menerima banyak bantuan, bimbingan dan fasilitas dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Peneliti pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg) POME Treatment LPPM USU sekaligus sebagai Komisi Pembimbing. Ibu Prof. Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, M.T selaku Sekretaris Jurusan Program Studi Magister Teknik Kimia sekaligus sebagai Komisi Pembimbing. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Sc dan Mr. Tomiuchi Yoshimassa selaku pembimbing lapangan dan fasilisator. Bapak Dr. Ir. Taslim, M.Si selaku Ketua Jurusan Program Studi Magister Teknik Kimia,. Bapak Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, M.S.M.E selaku Dekan Fakultas Teknik. iii

iv Akhirnya penulis memohon nasehat dan saran kepada berbagai pihak yang membaca tesis ini untuk dapat diperbaiki pada masa yang akan datang, karena tulisan ini membutuhkan banyak perbaikan untuk perkembangannya. Terima kasih. Medan, Februari 2014 Penulis, Rahmat M. Nainggolan

DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi DAFTAR SINGKATAN... xiii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 4 1.3 Tujuan Penelitian... 5 1.4 Manfaat Penelitian... 5 1.5 Lingkup Penelitian... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 7 2.1 Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit... 7 2.1.1 Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit... 8 2.1.2 Dampak LCPKS Terhadap Lingkungan... 8 2.2 Teknologi Pengolahan LCPKS... 9 2.2.1 Aplikasi LCPKS ke Lahan (Land Application)... 9 v

vi 2.2.2 Konversi LCPKS Menjadi Biogas... 10 2.3 Sedimentasi (Pengendapan)... 11 2.3.1 Jenis-jenis Pengendapan... 13 2.3.1.1 Sedimentasi kontinu... 13 2.3.1.2 Sedimentasi Batch... 14 2.3.2 Model Pengendapan... 14 2.4 Gravity Thickener... 14 BAB III METODOLOGI PENELITIAN... 16 3.1 Lokasi Penelitian... 16 3.2 Bahan dan Peralatan... 16 3.3 Tahapan Penelitian... 18 3.4 Prosedur Penelitian... 19 3.4.1 Loading up hingga mencapai Target HRT... 19 3.4.2 Pengujian Sampel... 20 3.5 Jadwal Penelitian... 20 3.6 Flowchart Penelitian... 21 3.6.1 Flowchart Tahapan Penelitian... 21 3.6.2 Flowchart Analisa TS dan VS... 22 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 23 4.1 Loading HRT... 23 4.2 Produksi Biogas pada Fermentasi Anaerobik dengan Sistem Recycle pada Skala Laboratorium dan Pilot... 24

vii 4.3 Pengaruh Diameter Gravity Thickener terhadap TS dan VS... 25 4.4 Pengaruh Sludge Level terhadap TS dan VS... 26 4.4.1 Pengaruh Sludge Level terhadap TS dan VS pada Penggunaan Gravity Thickener tanpa Anulus... 27 4.4.2 Pengaruh Sludge Level Terhadap TS dan VS Pada Gravity Thickener dengan Anulus... 29 4.5 Pengaruh Jumlah Recycle Sludge terhadap Laju Dekomposisi VS... 31 4.6 Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik untuk Jumlah Recycle Sludge 25%, 34 % dan 50%3... 33 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 35 5.1 Kesimpulan... 35 5.2 Saran... 35 DAFTAR PUSTAKA... 37 LAMPIRAN A DATA HASIL PERCOBAAN... 40 A.1 Perbandingan TS dan VS pada Rasio Recycle Sludge... 40 A.2 Kandungan TS dan VS pada Diameter Gravity Thickener... 42 A.3 Kandungan TS dan VS pada Sludge Level... 43 A.3.1 Gravity Thickener Tanpa Menggunakan Anulus... 43 A.3.2 Gravity Thickener Menggunakan Anulus... 44 A.4 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS)... 45 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN... 47 B.1 Perhitungan Produksi Biogas/VS... 47

viii B.2 Perhitungan Laju Dekomposisi VS... 47 B.3 Perhitungan Bilangan Reynold... 48 LAMPIRAN C DOKUMENTASI... 49 LAMPIRAN D SKEMATIK PERALATAN PLTBg... 50

DAFTAR GAMBAR Nomor Halaman 2.1 Unit Fat Pit PKS Adolina... 7 3.1 Gravity thickener yang akan Digunakan Dalam Penelitian ini... 18 3.2 Skematik Gravity Thickener tanpa anulus (satuan dalam cm)... 19 3.3 Skematik Gravity Thickener beranulus (satuan dalam cm)... 19 3.4 Flowchart Tahapan Penelitian... 21 3.5 Flowchart analisa TS dan VS... 22 4.1 Grafik loading HRT... 23 4.2 Grafik Perbandingan Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik dengan Sistem Recycle pada Skala Laboratorium dan Pilot... 24 4.3 Grafik Pengaruh Diameter Gravity Thickener Terhadap (a) TS dan (b) VS... 26 4.4 Sludge Level Gravity Thickener... 27 4.5 Grafik Pengaruh Sludge Level Terhadap (a) TS dan (b) VS pada Penggunaan Gravity Thickener tanpa Anulus... 28 4.6 Grafik Pengaruh Sludge Level Terhadap (a) TS dan (b) VS pada Penggunaan Gravity Thickener Beranulus... 30 4.7 Grafik Hubungan Pengaruh Jumlah Recycle Terhadap Laju Dekomposisi VS... 31 ix

x 4.8 Perbandingan Produksi Biogas pada Proses Fermentasi Anaerobik untuk Jumlah Recycle Sludge 25%, 34% dan 50%... 33 C.1 Rangkaian Peralatan pada Pembangkit Listrik Tenaga Biogas (PLTBg)... 49 C.2 Gravity Thickener yang digunakan dalam penelitian ini... 49 D.1 Skematik Rangkaian Peralatan Penelitian PLTBg Skala Pilot... 50

DAFTAR TABEL Nomor Halaman 2.1 Karakteristik sampel LCPKS dari PKS Adolina... 8 2.2 Produksi Rata-rata per Tahun Kelapa Sawit dan Limbahnya... 9 2.3 Komposisi Biogas... 11 2.4 Karakteristik Performance Alat-alat Sedimentasi... 15 3.1 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian... 21 A.1.1 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge 25%... 40 A.1.2 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge 34%... 41 A.1.3 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Rasio Recycle Sludge 50%... 41 A.2.1 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Diameter 350 mm... 42 A.2.2 Kandungan Total Solid dan Volatil Solid pada Diameter 315 mm... 42 A.3.1 Kandungan Total Solid Sludge Level... 43 A.3.2 Kandungan Volatil Solid Sludge Level... 43 A.3.3 Kandungan Total Solid Sludge Level... 44 A.3.4 Kandungan Volatil Solid Sludge Level... 44 A.4.1 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 25%... 45 xi

xii A.4.2 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 34%... 45 A.4.3 Laju Dekomposisi Volatil Solid (VS) pada Rasio Recycle Sludge 50%... 46

DAFTAR SINGKATAN BOD COD CPO CSTR CDM HRT LCPKS PLTBg PKS POME PTPN TBS TS VS SRT : Biological Oxygen Demand : Chemical Oxygen Demand : Crude Palm Oil : Continuous Stirred Tank Reactor : Clean Development Mechanism : Hydraulic Retention Time : Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit : Pembangkit Listrik Tenaga Biogas : Pabrik Kelapa Sawit : Palm Oil Mill Effluent : Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara : Tandan Buah Segar : Total Solid : Volatile Solid : Sludge Retention Time xiii