BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Saat ini Indonesia merupakan produsen minyak sawit pertama dunia. Namun demikian, industri pengolahan kelapa sawit menyebabkan permasalahan lingkungan yang perlu mendapat perhatian, antara lain adalah mesokarp, serat, tempurung, tandan kosong kelapa sawit, dan palm oil mill effluent atau limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) [1]. LCPKS merupakan limbah cair yang dibuang dari pabrik kelapa sawit sebagai cairan coklat kental pada suhu antara 80 o C dan 90 o C dengan ph antara 4 dan 5. Ini merupakan kombinasi dari air limbah yang dihasilkan dan dibuang dari sterilisasi kondensat (36% dari total LCPKS), air limbah klarifikasi (60% dari total LCPKS) dan air limbah hidrosiklon (hampir 4% dari total LCPKS) [2]. Namun, di sisi lain kandungan organik pada LCPKS sangat tinggi dengan kandungan BOD sebesar 25.000 65.714 dan COD sebesar 44.300 102.696, sehingga membuat LCPKS menjadi sumber yang baik untuk menghasilkan gas metana melalui proses anaerobik. Selain itu, LCPKS juga mengandung konstituen biodegradable dengan rasio BOD / COD sebesar 0,5 dan ini berarti bahwa LCPKS dapat diurai dengan mudah menggunakan cara biologis [3]. Perhatian pada menipisnya bahan bakar fosil telah menyebabkan peningkatan kegiatan penelitian pada pengembangan energi terbarukan seperti produksi biogas. LCPKS sebagai limbah dengan kandungan karbon organik tinggi menjadi sumber yang menjanjikan untuk produksi biogas dan berpotensi menaikkan sektor energi terbarukan [4]. Berdasarkan Dirjen Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi ESDM tahun 2012, produksi energi nasional terus mengalami peningkatan dengan rata-rata pertumbuhan sebesar 4,6% per tahun selama 11 tahun terakhir. Kondisi ini tentunya perlu menjadi perhatian yang penting, dimana peningkatan produksi energi nasional ternyata tidak diimbangi dengan pertumbuhan konsumsi energi domestik. Sementara itu, 1
Indonesia memiliki potensi sumber daya energi baru terbarukan yang sangat beragam selain sumber energi fosil, seperti yang terlampir pada Tabel 1.1 berikut. Tabel 1.1 Potensi Sumber Daya Energi Baru Terbarukan [5] No Energi Baru Terbarukan Sumber Daya 1 Tenaga Air 75.091 MW 2 Panas Bumi 29.164 MW 3 Mini/Mikro Hydro 769,69 MW 4 Biomasa 49.810 MW 5 Tenaga Surya 4,80 kwh/m2/day 6 Tenaga Angin 3 6 m/s 7 Bahan Bakar Nabati 161,5 juta SBM 8 Biogas 2,3 juta SBM 9 Sampah Kota 1.872 MW 10 Uranium 3.000 MW Biogas adalah campuran beberapa gas yang merupakan hasil fermentasi dari bahan organik dalam kondisi anaerobik, yang terdiri dari campuran metana (50-75%), CO 2 (25-45%), dan sejumlah kecil H 2, N 2, dan H 2 S [1]. Salah satu faktor yang penting yang harus diperhatikan dalam proses fermentasi untuk menghasilkan biogas pada digester anaerob adalah temperatur yang digunakan untuk memanaskan digester [6]. Proses fermentasi anaerobik adalah proses yang kompleks yang mengalami empat fase: hidrolisis, asidogenesis - fase pengasaman, asetogenesis, metanogenesis. Terlibat dalam konversi biokimia dari H 2 dan CO 2 menjadi metana dan asetat menjadi metana dan CO 2 [7]. Dalam setiap langkah dari proses, produksi gas dan laju dekomposisi bahan organik dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu, ph, waktu retensi hidrolik (HRT) dan konsentrasi substrat [8]. Untuk meningkatkan laju dekomposisi COD, salah satu caranya yaitu dengan melakukan recycle sludge atau pengembalian lumpur dari digester ke reaktor. Selain itu, recycle sludge juga digunakan untuk mendapatkan kembali mikroba pengurai yang sudah familiar dengan kondisi reaktor. Berdasarkan penelitian Sulaiman (2009) proses recycle sludge dapat meningkatkan produksi VFA (volatile fatty acid). Dimana recycle sludge diaplikasikan pada 12 m 3 /hari dan sistem stabil sampai OLR (organic loading 2
rate) 6,0 kg COD m 3 /hari di mana konsentrasi VFA dalam digester menunjukkan peningkatan [9]. Hasil keluaran tahap asidogenesis adalah asam-asam lemak volatil seperti asam asetat, asam propionat dan asam butirat. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa proses metanogenesis dipengaruhi oleh propionat ketika konsentrasi propionat sebanyak 1500-2220 mg/l. Degradasi propionat menjadi asetat dianggap sebagai salah satu langkah laju pembatas dalam sistem pencernaan anaerobik. Selanjutnya konsentrasi propionat yang tinggi (> 3000 mg/l) dapat menghentikan proses fermentasi [10]. Oleh sebab itu penelitian ini penting dilakukan untuk melihat pengaruh rasio recycle sludge terhadap proses asidognesis LCPKS. Berikut ini beberapa penelitian terdahulu yang telah dilakukan untuk menguraikan LCPKS pada proses asidogesis diantaranya ditunjukkan oleh Tabel 1.2 berikut ini: Tabel 1.2 Rangkuman Hasil Penelitian Terdahulu Peneliti (Tahun) Metode Penelitian Hasil Penelitian Bambang Trisakti, Veronica Manalu, Irvan, Taslim, Muhammad Turmuzi (2015) [11] Maneerat Khemkhao, Boonyarit Nuntakumjorn, Somkiet Techkarnjanaruk, Chantaraporn Phalakornkule (2012) [12] Tjandra Setiadi, Husaini and Asis Djajadiningrat. (1996) [13] Menggunakan reaktor Continous Stirred Tank Reactor dengan volume 2 liter untuk menguraikan POME variasi HRT menggunakan HRT 6,7; 5 dan 4 hari dengan laju pengadukan 50 rpm, ph 6 dan temperatur ruangan, sedangkan variasi ph menggunakan ph 5; 5,5; 6, dengan laju pengadukan 100-110 rpm pada temperatur 55 C Menggunakan reaktor Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB) dengan volume 5,3 liter untuk menguraikan POME dengan OLR antara 2.2 dan 9.5 g COD/L.hari. Dioperasikan pada suhu 37 o C, 42 o C, 47 o C, 52 o C dan 57 o C dengan HRT 2 sebanyak 123 hari. Menggunakan Anaerobic Baffled reactor dengan volume 5 liter untuk penguraian POME pada suhu 35 o C. Dioperasikan pada HRT 4 selama 80 Hasil terbaik didapatkan pada HRT 4 dengan konsentrasi mikroba 20.62 mg VSS/L dan pengurangan COD sebesar 15.7%. Konsentrasi VFA maksimum (5.622,72 mg/l) pada HRT 4 hari dan ph 6. Penurunan COD efisiensi berkisar antara 76 dan 86%. Total VFA tertinggi diperoleh pada hari ke 94 dengan suhu 57 o C sebanyak 4.400 mg CH 3 COOH/L. Suhu termofilik 57 o C ditemukan lebih cocok untuk diversifikasi hidrolitik dan asidogenik. Efisiensi penurunan COD tertinggi pada rasio recycle 25% yaitu 84.6%. untuk rasio recycle diatas 15% dibutuhkan 3
Yi Jing Chan, Mei Fong Chong, Chung Lim Law (2015) [14] hari dengan variasi recycle 5, 10, 15, 20 dan 25%. Menggunakan Sequencing Batch Reactor (SBR) dengan volume 2 liter untuk menguraikan POME pada suhu 50 o C. waktu operasi divariasikan dengan MLSS 18.000, 21.000, 24.000, 27.000 dan 30.000 mg/l serta OLR 1.5, 2.5 dan 3.5 dan COD/L.day. HRT 4 hari. penanganan ph agar tidak ebih besar dari 6.8. Efisiensi penurunan COD, BOD dan TSS optimal hingga 86%, 87% dan 89% pada konsentrasi MLSS 27.000 mg/l dan OLR 2.5 g COD/L.day 1.2 PERUMUSAN MASALAH Berdasarkan hasil penelitian terdahulu dapat dilihat bahwa proses asidogenesis dapat dilangsungkan pada keadaan mesofilik [13] dan termofilik [12], namun juga dapat dilakukan pada temperatur intermediet 45 o C [15]. Menurut penelitian Bambang Trisakti [11] HRT terbaik untuk proses ini adalah 4 hari pada temperatur 55 o C. Sedangkan menurut Tjandra Setiadi [13] rasio recycle slugde terbaik untuk proses digestasi anaerobik cenderung meningkat dengan meningkatnya rasio recycle (25%) pada temperatur 35 o C. Oleh karena itu perlu dikaji pengaruh variasi HRT dan pengaruh variasi rasio recycle sludge terhadap proses asidogenesis LCPKS pada temperatur 45 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 o C. 2. Mendapatkan pengaruh recycle sludge dan rasio recycle sludge terbaik pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 o C. 1.4 MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian ini antara lain yaitu : 1. Memberikan informasi mengenai pengaruh variasi HRT pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 o C. 4
2. Memberikan informasi mengenai pengaruh recycle sludge dan rasio recycle sludge terbaik pada proses asidognesis LCPKS pada temperatur 45 o C. 3. Memberikan informasi bagi peneliti yang ingin melakukan penelitian sejenis atau yang berhubungan. 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian dilakukan dengan proses asidogenesis digestasi anaerobik menggunakan digester jenis Continous Stirred Tank Reactor (CSTR) recycle sludge dan tanpa recycle sludge dengan volume umpan 2 liter. Adapun variabel-variabel dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Variabel konstan: a. Starter yang digunakan berasal dari hasil olahan penelitian sebelumnya yaitu proses digestasi anaerobik tahapan asidogenesis, dimana starter yang digunakan paling awal berasal dari kolam pengasaman Pabrik Kelapa Sawit Torgamba PTPN III. 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. Kecepatan pengadukan fermentor : 150 rpm. e. Temperatur fermentor 45 o C. f. ph : 6 2. Variabel divariasikan: a. HRT dari fermentor yaitu : 20; 15; 10 dan 4 hari b. Perlakuan non-recycle sludge dan recycle sludge pada effluent dari fermentor : 0%, 15%, 25% dan 35%. Analisis yang akan dilakukan di dalam penelitian ini meliputi analisis pada bahan baku yang digunakan yaitu LCPKS dengan influent limbah dan effluent limbah. Adapun analisis cairan ini terdiri dari : 1. Pengontrolan ph 2. Analisis M-Alkalinity (Metode Titrasi) 5
3. Analisis kadar total solid (TS) (Metode Analisis Proksimat) 4. Analisis volatile solid (VS) (Metode Analisis Proksimat) 5. Analisis kadar total suspended solid (TSS) (Metode Analisis Proksimat) 6. Analisis volatile suspended solid (VSS) (Metode Analisis Proksimat) 7. Analisis COD (Chemical Oxygen Demand) (Metode Open Reflux) 8. Analisis volatile fatty acid (VFA) (Metode Kromatografi) Adapun analisis gas dilakukan jika pada penelitian ada terbentuk gas yaitu gas CO 2, H 2 S dan CH 4. Analisis ph, M-Alkalinity, kadar TS dan VS, dilakukan setiap hari. Sedangkan análisis kadar TSS, VSS, COD, dan VFA ini dilakukan tiga kali dalam 15 hari yaitu hari ke 10, 13 dan 15. 6