BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Bagian terbesar dari kebutuhan energi di dunia selama ini telah ditutupi oleh bahan bakar fosil. Konsumsi sumber energi fosil seperti minyak dan batu bara dapat menimbulkan pengaruh negatif terhadap lingkungan, yaitu dapat menimbulkan penambahan konsentrasi CO2 di atmosfir dan juga kehabisan sumber energi fosil secara cepat. Limbah merupakan pilihan yang menjanjikan untuk memproduksi bahan bakar bio yang merupakan sumber energi alternatif. Hal ini juga dapat membantu untuk menstabilkan limbah yang dapat mengganggu komunitas lingkungan [1]. Salah satu energi alternatif yang ramah lingkungan dan dapat terbarukan adalah biogas dari Palm Oil Mill Effluent (POME) atau yang sering disebut dengan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit (LCPKS). Limbah kuat yang berasal dari pabrik kelapa sawit dapat diidentifikasi sebagai sumber energi potensial untuk menghasilkan bioenergi terbarukan dengan proses fermentasi anaerobik [2]. Limbah cair yang dihasilkan oleh pabrik kelapa sawit berupa POME (Palm Oil Mill Effluent) yang berasal dari air kondensat pada proses sterilisasi sebesar 15-20%, air dari proses klarifikasi dan sentrifugasi sebesar 40-50%, dan dari proses hydrocyclone (claybath) sebesar 9-11%. LCPKS umumnya bersuhu tinggi, berwarna kecoklatan, mengandung padatan terlarut dan tersuspensi berupa koloid dan residu minyak dengan kandungan COD (Chemical Oxygen Demand) yang tinggi. Limbah cair juga bersifat asam dengan pH 3,5-5, dengan nilai COD yang tinggi dan kisaran pH yang rendah ini, mengakibatkan terjadinya pencemaran lingkungan bila limbah cair minyak sawit langsung dibuang ke lingkungan [3] Bahan organik dalam fermentasi anaerob dirombak oleh aktivitas mikroorganisme menjadi biogas. Produksi biogas dengan bahan LCPKS memberikan berbagai keuntungan diantaranya pengurangan jumlah padatan organik, jumlah mikroba pembusuk yang tidak diinginkan, serta kandungan racun dalam limbah, selain itu residu limbah dapat dimanfaatkan sebagai pupuk organik 1 Universitas Sumatera Utara
[4]. Proses anaerob merupakan proses yang kompleks dengan melibatkan berbagai kelompok bakteri. Masing-masing kelompok bakteri yang terlibat mempunyai subsrat tertentu antara lain kelompok bakteri hidrolitik hanya memanfaatkan substrat berupa senyawa organik dengan molekul besar seperti karbohidrat, protein dan minyak lemak, kelompok bakteri asidogen hanya dapat memanfaatkan substrat yang lebih sederhana dengan molekul organik penguraian dari sebelumnya, sedangkan bakteri astogen hanya memanfaatkan asam organik rantai sedang. Selanjutnya produk akhir dari kelompok bakteri pembentuk asam berupa asam asetat akan dimanfaatkan oleh bakteri metanogen asetotrof untuk membentuk gas metan sedangkan gas yang dihasilkan berupa gas CO2 dan H2 akan dimanfaatkan oleh kelompok bakteri metanogen hidrogenotrof untuk membentuk gas metan [2]. Energi biogas didominasi oleh gas metan (60-70%), karbondioksida (3040%), dan beberapa gas lain dalam jumlah kecil [5]. Tingkat kandungan H2S umumnya dari 100 sampai 2000 ppm. Pada umumnya, untuk mengetahui potensi produksi biogas dapat diestimasi dari volatile solid (VS) dari umpan di dalam digester dan persentase dari reduksi VS. Laju produksi gas yang rentangnya berubah-ubah dapat dilihat dari kandungan VS di dalam sludge umpan dan tingkat aktivitas biologis di dalam digester [6]. Dalam penelitian ini, variabel tetap yang digunakan adalah suhu yaitu mesofilik (35oC) sebagai tahap awal penyesuaian dan termofilik (55oC) sebagai variabel tetap untuk variasi pengadukan. Potensi keuntungan dari termofilik dibandingkan dengan mesofilik adalah penambahan inaktivasi kerja bakteri pathogen sehingga sangat baik untuk peningkatan reduksi volatile solid (VS). Selain itu, suhu termofilik juga dapat meningkatkan laju produksi biogas [7]. Pengadukan menjadi salah satu variabel pendukung yang divariasikan. Pengadukan dimaksudkan agar kontak antara substrat dan bakteri perombak lebih baik dan menghindari padatan terbang (scum) atau mengendap. Selain itu, terdapat kontak yang baik antara limbah segar dan bakteri pencerna yang aktif dan menghindari akumulasi dari padatan terapung ataupun padatan mengendap yang akan mengurangi volume keaktifan digester dan menimbulkan plugging gas serta lumpur keluaran. Selama pengadukan lingkungan yang kondusif selalu tersedia
2 Universitas Sumatera Utara
bagi pertumbuhan bakteri yang bekerja mengubah bahan organik menjadi metan. Dengan pengadukan, lebih dari 80% dari patogen dan padatan tereliminasi, dan lebih efektif untuk mengubah padatan organik menjadi unsur hara terlarut dengan bantuan mikroorganisme [8]. Beberapa penelitian sebelumnya mengenai pengaruh pengadukan dan pengenceran terhadap produksi biogas dan penghilangan zat organik telah dilakukan dari bahan baku yang berbeda-beda. Tabel 1.1 Beberapa artikel yang berhubungan dengan pengaruh pengadukan terhadap produksi biogas [9,10,8,11,12,13.14,15]. Peneliti Hadi
Judul Artikel
and Pengaruh
Hasil
pemanasan, Penelitian ini dilakukan secara batch
el-azeem,
pengadukan, dan tipe digester dalam kondisi anaerobik menggunakan
2008 [9]
pada produksi biogas dari digester tipe vertikal dan horizontal. kotoran sapi
Yield biogas dan metan tertinggi pada digester vertical (pemanasan (38,1oC) pengadukan) (468,1 L/kg TS; 284,1 L/kg
OTS),
dibanding
horizontal
(353,1 L/kg TS; 233,7 L/kg OTS). Triakuntini, Pengaruh pengenceran dan Penelitian ini menggunakan 10 reaktor dkk, 2014 pengadukan [10]
pada
produksi dengan jumlah limbah 4 kg dan rumen
biogas dari limbah rumah 1,5 L dengan variasi penambahan air makan dengan menggunakan sebanyak 6000, 4000, 2600, 1500, dan starter ekstrak rumen sapi
670 ml. 5 reaktor pertama diberikan pengadukan sedangkan 5 lainnya tanpa pengadukan.
Reaktor
dengan
pengenceran 6000 ml menghasilkan gas terbanyak, yaitu reaktor 1(1032,02 ml) dan 6 (1196,99 ml). Luthfianto,
Pengaruh
dkk, 2012 organik [8]
macam dan
limbah Penelitian ini dilakukan menggunakan
pengenceran limbah
terhadap produksi biogas dari perlakuan bahan
biomassa
peternakan
ayam
dengan
pengenceran
dan
limbah penambahan berbagai substrat. Hasil
3 Universitas Sumatera Utara
peternakan ayam
terbaik ditunjukkan pada pengadukan 4 jam/hari
suhu
(550C),
termofilik
dengan penyampuran kotoran ayam dengan eceng gondok, pengenceran 1:3 efisiensi perombakan COD 78,46% dibandingkan
dengan
frekuensi
pengadukan 8 jam/hari dan suhu mesofilik (370C) sebesar 76,23%. Angkara,
pengaruh
pengenceran
dkk, 2013 pengadukan [11]
dan Penelitian ini berskala laboratorium
terhadap dengan kapasitas digester 500 ml dan
produksi biogas pada limbah sampel limbah pengasapan ikan pari industry kecil pengasapan ikan dan ekstrak rumen sapi sebgaai starter. dengan menggunakan starter Kadar ekstrak rumen sapi
biogas
terbanyak
pada
pengadukan 3 kali,sampel yang tidak dihaluskan dan dengan pengenceran 150 ml sebanyak 800 mL biogas. Dibandingkan dengan pengadukan 1 kali
sampel
dihaluskan
dengan
pengenceran 100 ml menghasilkan biogas 249 Ml Sasongko
Produksi biogas dari biomassa Penelitian
dan Wedo, kotoran 2010 [12]
sapi
ini
dilakukan
skala
dalam laboratorium dan skala semi pilot
biodigester fixdome dengan dengan kapasitas digester 20 L dan 9 pengenceran dan penambahan m3. agitasi
Perlakukan
pengenceran
dan
pengadukan. Produksi biogas tertinggi pada rasio pengenceran 1:3 + agitasi (18 m3/hari) dan tanpa agitasi (6,62 m3/hari) (dua kali lipat). Efisiensi perombakan COD, TS, VS pada rasio pengenceran 1:3 dengan agitasi yaitu 78,45; 82,56; 82,75%.
Jha, et al, Digestasi
anaerobik
kering Penelitian ini dilakukan secara batch
4 Universitas Sumatera Utara
2012 [13]
dari
kotoran
produksi
sapi
untuk menggunakan
methane:
efek dicampur.
pengadukan
kotoran Digester
pengadukan
sapi
yang
kering
memproduksi
+
methane
0,35 LCH4/kg VS (7,5% lebih tinggi dari yang tidak diaduk). Efisiensi pengurangan
material
organik
mengalami penambahan 9,73% dalam masa dari VS. Irawati,
Pengaruh
pengadukan
dan Penelitian ini menggunakan 2 reaktor
dkk,
2013 variasi feeding pada sampah besar dan 3 reaktor kecil, limbah yang
[14]
rumah makan terhadap laju digunakan untuk reaktor besar adalah produksi
biogas
dengan 2,5 kg limbah, 1,3 L rumen sapi, dan
penambahan rumen sapi (Bos 12,3L penambahan air. Pada reaktor 1 Taurus) sebagai activator
+ pengadukan mengalami penurunan COD paling besar (12383-8716 mg/l) dibandingkan
reaktor
2
(tanpa
pengadukan) (9366,67 mg/L). Untuk produksi biogas, reaktor 1 83,8 L). Reaktor 2 (9,29 L). untuk reaktor kecil dilakukan variasi umpan (60 gr, 2a; 180
gr,
2b;
240
gr,
2c).
hasil
menunjukan produksi biogas terbesar pada reaktor 2c (337 ml) dibanding 2a (233 ml) dan 2b (313 ml). Pengaruh pengenceran dan Penelitian ini dilakukan menggunakan limbah makanan/dapur dengan dkk, 2013 pengadukan limbah dapur penambahan rumen sapi sebagai [15] daerah bulusan (studi kasus starter. Variasi yang digunakan adalah penambahan air dan pengadukan. Nilai rasio c/n 17 : 1) terhadap tertinggi dengan penambahan air 150 peningkatan produksi biogas ml 3x pengadukan total biogas 905 ml. Limbah yang diblender didapat volume dengan menggunakan ekstrak biogas tertinggi dengan penambahan air sebanyak 150 ml 3x pengadukan rumen sapi sebagai starter (905 ml). Sedangkan untuk limbah yang dicacah variasi terbaik adalah 1x Wisnu,
5 Universitas Sumatera Utara
pengadukan dengan penambahan air 150 ml Berdasarkan beberapa penelitian yang telah dilakukan diatas, kami ingin melakukan
penelitian
dengan
hanya
menggunakan
satu
proses
yaitu
metanogenesis yang berbahan baku hasil keluaran (effluent) berupa asam-asam lemak rantai pendek yang dihasilkan dari reaktor asidogenesis. Selain itu juga menggunakan pengadukan sebagai variabel yang divariasikan dengan tujuan untuk melihat seberapa besar pengaruh pengadukan terhadap produksi biogas dan penghilangan (reduksi) zat organik. 1.2 PERUMUSAN MASALAH Adapun yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini adalah : Bagaimana pengaruh pengadukan terhadap perubahan pH dan alkalinitas, produksi biogas, reduksi zat-zat organik (total solid (TS) dan volatile solid (VS)), serta Chemical Oxygen Demand (COD). Selain itu juga dikaji bagaimana pengadukan dapat memperngaruhi kondisi kehidupan mikroorganisme (bakteri metanogenik) dalam menghasilkan biogas yang dilihat dari nilai Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS). 1.3 TUJUAN PENELITIAN Adapun yang menjadi tujuan dari penelitian ini adalah:. 1.
Memperoleh profil proses metanogenesis dari perubahan nilai pH, alkalinitas, total solid (TS) dan volatile solid (VS), Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS).
2.
Mendapatkan pengaruh pengadukan terhadap pH dan alkalinitas, reduksi senyawa organik (total solid (TS) dan volatile solid (VS)), produksi biogas, serta COD.
3.
Mendapatkan kecepatan pengadukan yang optimum untuk menghasilkan produksi biogas tertinggi.
4.
Mendapatkan pengaruh pengadukan terhadap kondisi mikroorganisme dalam menghasilkan biogas yang dilihat dari nilai Total Suspended Solid (TSS), Volatile Suspended Solid (VSS).
6 Universitas Sumatera Utara
1.4 MANFAAT PENELITIAN Adapun Manfaat dari penelitian yang akan dilakukan antara lain yaitu : 1. Memperoleh kondisi pengadukan yang baik (optimum) untuk menghasilkan biogas serta dalam penghilangan zat organik seperti TS, VS, dan COD. 2. Memberikan informasi mengenai pembuatan biogas berbahan baku asam limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) dengan proses metanogenesis untuk dikembangkan ke skala yang lebih besar (pilot plant). 3. Memperoleh data dan informasi untuk menghasilkan biogas dengan kondisi yang optimum pada proses metanogenesis untuk dikembangkan pada penelitian selanjutnya. 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN Penelitian ini dilakukan di laboratorium Ekologi Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Univesitas Sumatera Utara, Medan. Adapun ruang lingkup dan batasan dari penelitian ini adalah sebagai berikut : 1. Substrat yang digunakan adalah asam limbah cair pabrik kelapa sawit (LCPKS) yang diperoleh dari effluent tahap asidogenesis. 2. Proses yang digunakan adalah digestasi anaerobik sistem kontinu dengan menggunakan reaktor CSTR (Continous Stirred Tank Reactor) bervolume 2 liter. 3. Variabel yang ditetapkan pada penelitian ini adalah suhu mesofilik (35oC) sebagai tahap penyesuaian, termofilik (55oC) untuk variasi pengadukan, pH 6,9-7,5, alkalinitas ≥ 2500 mg/L. 4. Hydraulic Retention Time (HRT) yang digunakan adalah HRT 0, 40, 10 pada loading up dan 4 hari. 5. Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini adalah pengadukan yaitu 50, 100, 150, dan 200 rpm. 6. Analisa yang dilakukan meliputi analisa sampel cair dan sampel gas. Analisa sampel cair meliputi : a. Analisa M-alkalinity dengan metode titrasi b. Analisa pH atau derajat keasaman dengan menggunakan pH meter.
7 Universitas Sumatera Utara
c. Analisa Total Solid (TS), Volatile Solid (VS), Total Suspended Solid (TSS), dan Volatile Suspended Solid (VSS) dengan metode gravimetri sesuai dengan SNI 06-6989.3-2004 dan Standard Methods for Examination of Water and Wastewater [34]. d. Analisa Chemical Oxygen Demand (COD) yang dilakukan di Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit (BTKLPP) kelas I Medan dengan metode . Sedangkan untuk analisa biogas meliputi : a. Analisa H2S menggunakan gastec detecting tube No. 4HM b.
Analisa
CO2
menggunakan
gastec
detecting
tube
No.
2HM
8 Universitas Sumatera Utara
