ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI pH TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK
SKRIPSI
Oleh
YUDI RISWANTO 120405012
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
Universitas Sumatera Utara
ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI pH TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK
SKRIPSI
Oleh
YUDI RISWANTO 120405012
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2017
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI pH TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan, 5 Januari 2017
Yudi Riswanto NIM. 120405012
i Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN SKRIPSI
Skripsi dengan judul:
ASIDOGENESIS LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT (LCPKS) PADA KONDISI AMBIENT : PENGARUH VARIASI pH TERHADAP PEMBENTUKAN VOLATILE FATTY ACID (VFA) MENGGUNAKAN REAKTOR BATCH BERPENGADUK
Dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang ujian skripsi pada 21 Desember 2016 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Mengetahui,
Medan,
Januari 2017
Koordinator Skripsi
Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, M.T NIP.19681214 199702 2 002
Ir. Bambang Trisakti, M.T NIP.19660925 199103 1 003
Dosen Penguji I
Dosen Penguji II
Maya Sarah, S.T, M.T, Ph D NIP. 19700501 200012 2 001
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si NIP. 19680820 199501 1 001
ii Universitas Sumatera Utara
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Asidogenesis Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (Lcpks) Pada Kondisi Ambient : Pengaruh Variasi pH Terhadap Pembentukan Volatile Fatty Acid (VFA) Menggunakan Reaktor Batch Berpengaduk’’, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pengelolaan limbah cair pabrik kelapa sawit untuk menghasilkan VFA yang dapat dikonversi menjadi biogas sehingga dihasilkan produk yang dapat digunakan sebagai bahan bakar yang dapat diperbaharui. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1.
Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.T dan Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Dosen Pembimbing Penelitian
2.
Ibu Dr. Ir. Fatimah, M.T. selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3.
Ibu Dr. Maya Sarah, ST M.T. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
4.
Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5.
Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
6.
Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia.
iii Universitas Sumatera Utara
7.
Partner penelitian Saprin dan rekan rekan penelitian LPPM yaitu Bg Zoeliadi Gondrong, Bg Dedy Anwar, Oby Vijay, Jonathan D Manurung, Reguel Nababan, M Reza Ramadhan, Aulia Fitri, Andre Fajar Siahaan dan Ricky Kristian Purba.
8.
Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2012, dan adik-adik stambuk 2013 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Januari 2017 Penulis
Yudi Riswanto
iv Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta Bapak Warisman dan Almarhumah Ibu Yudimah
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan, mendidik dan mendukungku dengan penuh kesabaran dan kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do’a yang tiada hentinya yang telah kalian berikan kepadaku selama ini.
v Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Yudi Riswanto NIM : 120405012 Tempat/Tgl. Lahir : Kotapinang / 23 Juni 1994 Nama orang tua : Warisman dan Yudimah Alamat orang tua : Jalan Simpang III Bukit, Kotapinang – Labuhanbatu Selatan
Asal Sekolah : SDN 114619 Kotapinang, tahun 2000-2006
MTs Islamiyah Kotapinang, tahun 2006-2009
SMAN 1 Kotapinang, tahun 2009-2012
Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota bidang Pendidikan dan Kaderisasi. 2. Covalen Study Group (CSG) TEKNIK KIMIA USU periode 2014/2015 sebagai Anggota Bidang PAL 3. Asisten Laboratorium Ekologi Tahun Ajaran 2015/2016 4. Kerja Praktek di PTPN III Unit PKS Sisumut pada Februari 2016 – Maret 2016
vi Universitas Sumatera Utara
LIST OF ABBREVIATIONS
BOD
Biochemical Oxygen Demand
COD
Chemical Oxygen Demand
HRT
Hydraulic Retention Time
LCPKS
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
OLR
Organic Loading Rate
PKS
Pabrik Kelapa Sawit
POME
Palm Oil Mill Effluent
PTPN
Perseroan Terbatas Perkebunan Nusantara
SCOD
Soluble Chemical Oxygen Demand
SRT
Solid Retention Time
TS
Total Solid
TSS
Total Solid Suspended
VFA
Volatile Fatty Acid
VS
Volatile Solid
VSS
Volatile Solid Suspended
vii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Proses asidogenesis merupakan tahap pertama dalam proses digestasi anaerobik. Proses asidogenesis menghasilkan volatile fatty acid (VFA) yang menjadi substrat untuk tahap metanogenesis dalam memproduksi biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan pengaruh variasi pH serta mendapatkan kondisi pH terbaik dengan menggunakan reaktor batch berpengaduk dalam proses asidogenesis menggunakan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) pada kondisi ambient. Proses dilakukan dengan memvariasikan pH fermentor reaktor batch , yaitu 5; 5,5 dan 6 dengan kecepatan pengadukan 250 rpm. Analisa padatan (TS, VS, TSS, dan VSS), COD dan VFA dilakukan untuk mengkaji perubahan senyawa organik yang berubah menjadi VFA pada asidogenesis. Pembentukan VFA total tertinggi dicapai pada variasi 5,5 yakni 4.141,416 mg/L dengan konsentrasi asam asetat, asam propionat, dan asam butirat masing masing sebesar 1.444,329 mg/L; 712,5267 mg/L dan 1.984,5602 mg/L, dengan degradasi VS dan COD masing masing sebesar 30,39 % dan 27,78 % dan rasio VFA/Alkalinitas sebesar 1,7623 Kata kunci : Asidogenesis, Reaktor batch, Digestasi anaerobic, VFA, pH
viii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Acidogenesis was the first step in anaerobic digestation process. Acidogenesis process produced VFA which was a substrate of metanogenesis in biogas production. The aim of this study was to obtain the effect of various pH and to obtain the optimum pH condition by using impeller batch reactor and POME as the raw material in ambient condition. The process was perfomed at various pH fermentor batch reactor; such as 5; 5.5; and 6 at 250 rpm stirring speed. Solid analysis (TV, VS, TSS, and VSS), COD, and VFA were to examine the change of organic compound into VFA in acidogenesis process. The highest total VFA produced was 4,141.416, which was obtained at 5.5 pH variation and each concentration of acetic acid, propionate acid, and butyric acid are 1,444.329 mg/L, 712.5267 mg/L, and 1,984.5602 mg/L, with the degradation of VS and COD were 30.39 % and 27.78 %, the ratio of VFA/alkalinity was 1.7623. Keywords : Acidogenesis, batch reactor, anaerobic digestation, VFA, pH
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
LIST OF ABBREVIATION
vii
ABSTRAK
viii
ABSTRACT
ix
DAFTAR ISI
x
DAFTAR GAMBAR
xiii
DAFTAR TABEL
xiv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
2
1.2
Perumusan Masalah
3
1.3
Tujuan Penelitian
3
1.4
Manfaat Penelitian
3
1.5
Ruang Lingkup Penelitian
3
TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1
Perkembangan Kelapa Sawit di Indonesia
5
2.2
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS)
5
2.3
Potensi Produksi Biogas Dari LCPKS
8
2.4
Proses Digestasi Anaerobik
8
2.5
2.4.1 Hidrolisis
10
2.4.2 Asidogenesis
10
2.4.3 Asetogenesis
11
2.4.4 Metanogenesis
11
Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Performa Digestasi Anaerob
12
2.5.1 pH
12
x Universitas Sumatera Utara
BAB III
2.5.2 Suhu
13
2.5.3 Laju Pengadukan
14
2.5.4 Hidraulic Retention Time (HRT)
15
2.5.5 Solid Retention Time (SRT)
15
2.5.6 Organic Loading Rate (OLR)
16
2.5.7 Ukuran Partikel
16
METODOLOGI PENELITIAN
18
3.1
Lokasi Penelitian
18
3.2
Bahan Dan Peralatan
18
3.2.1 Bahan-Bahan
18
3.2.2 Peralatan
18
Tahapan Penelitian
19
3.3.1 Analisis Bahan Baku
19
3.3.2 Variasi pH
19
Analisis Data
20
3.4.1 Analisis pH
20
3.4.2 Analisis M-Alkalinity
20
3.4.3 Analisis Total Solids (TS)
20
3.4.4 Analisis Volatile Solids (VS)
21
3.4.5 Analisis Total Suspended Solids (TSS)
21
3.4.6 Analisis Volatie Suspended Solids (VSS)
22
3.4.7 Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
23
3.3
3.4
3.4.8 Analisis Soluble Chemical Oxygen Demand (SCOD) 23 3.4.9 Analisis VFA
24
3.5
Analisis Gas
25
3.6
Jadwal Analisis Data
26
3.7 Flowchart Penelitian
27
3.7.1 Flowchart Prosedur Analisis Data
27
3.7.1.1 Flowchart Prosedur Analisis pH
27
3.7.1.2 Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
28
3.7.1.3 Flowchart Prosedur Analisis Total Solids
xi Universitas Sumatera Utara
(TS)
29
3.7.1.4 Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
30
3.8.1.5 Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids (TSS) 3.8.1.6 Flowchart
30 Prosedur
Analisis
Suspended Solids (VSS) BAB IV
Volatile 32
HASIL DAN PEMBAHASAN
33
4.1
Karakteristik Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS) 33
4.2
Pengaruh pH pada Proses Asidogenesis
34
4.2.1 Pengaruh pH Terhadap Alkalinitas, profil pertumbuhan mikroba (VSS), dan volatile solid (VS)
35
4.2.2 Pengaruh pH Terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD)
41
4.2.3 Pengaruh pH Terhadap Pembentukkan Volatile Fatty Acid (VFA)
43
4.2.4 Pengaruh pH Terhadap Rasio VFA/Alkalinitas BAB V
46
KESIMPULAN DAN SARAN
48
5.1
Kesimpulan
48
5.2
Saran
48
DAFTAR PUSTAKA
49
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Pengolahan Minyak Kelapa Sawit yang Menghasilkan LCPKS 6
Gambar 2.2
Skema Proses Pengolahan Digesti Anaerobik
Gambar 2.3
Klasifikasi Mikroorganisme Berdasarkan Suhu
14
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan
19
Gambar 3.2
Flowchart Prosedur Analisis pH
27
Gambar 3.3
Flowchart Prosedur Analisis M-Alkalinity
28
Gambar 3.4
Flowchart Prosedur Analisis Total Solids (TS)
29
Gambar 3.5
Flowchart Prosedur Analisis Volatile Solids (VS)
30
Gambar 3.6
Flowchart Prosedur Analisis Total Suspended Solids (TSS)
30
Gambar 3.7
Flowchart Prosedur Analisis Volatile Suspended Solids (VSS) 32
Gambar 4.1
Pengaruh pH Terhadap Alkalinitas
35
Gambar 4.2
Pengaruh pH Terhadap Rata-Rata Alkalinitas
36
Gambar 4.3
Pengaruh pH Terhadap Profil Pertumbuhan Mikroba
36
Gambar 4.4
Pengaruh pH Terhadap Pertumbuhan Mikroba Terbaik
37
Gambar 4.5
Pengaruh pH Terhadap Volatile Solid (VS)
37
Gambar 4.6
Pengaruh pH Terhadap Volatile Solid (VS) Terbaik
38
Gambar 4.7
Pengaruh pH Terhadap Degradasi Chemical Oxygen Demand (COD) dan Soluble Chemical Oxygen Demand (SCOD)
Gambar 4.8
Gambar 4.9
9
41
Pengaruh pH Terhadap Reduksi Chemical Oxygen Demand (COD)
42
Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada pH 5
43
Gambar 4.10 Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada pH 5,5
43
Gambar 4.11 Pengaruh Waktu Terhadap Pembentukan VFA pada pH 6
44
Gambar 4.12 Pengaruh pH Terhadap Pembentukan VFA
45
Gambar 4.13 Pengaruh pH Terhadap Rasio VFA/Alkalinitas
46
xiii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Karakteristik LCPKS sebelum dilakukan pengolahan
7
Tabel 2.2 Baku Mutu Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit Menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup
7
Tabel 2.3 Produksi Biogas dan Metana Teoritis dari Karbohidrat, Lemak, dan Protein
8
Tabel 2.4 Beberapa Kelompok Enzim Hidrolisis dan Fungsinya
10
Tabel 3.1 Jadwal Analisis Data
26
Tabel 4.1 Hasil Analisis Karakteristik LCPKS dari PTPN III PKS Rambutan
33
xiv Universitas Sumatera Utara
