PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN
SKRIPSI
Oleh
SYERVY TANATA 090405021
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN
SKRIPSI
Oleh
SYERVY TANATA 090405021
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2013
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, 19 Juli 2013
Syervy Tanata NIM 090405021
i
PENGESAHAN Skripsi dengan judul :
PENGARUH WAKTU FERMENTASI CAMPURAN LIMBAH PADAT DAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA TERHADAP GAS BIO YANG DIHASILKAN
dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada 21 Agustus 2013 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
ii
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu Fermentasi Campuran Limbah Padat dan Limbah Cair Industri Tapioka Terhadap Gas Bio yang Dihasilkan”, 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:
Penelitian ini membantu pengolahan limbah industri tapioka sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan.
Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif, yaitu gas bio.
Penelitian ini pernah dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul “Pengaruh Komposisi Campuran Limbah Padat dan Cair Industri Tapioka Terhadap Persentase Penyisihan Total Suspended Solid (TSS) dengan Starter Kotoran Sapi”.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku Pembimbing 2. Adenan Samin selaku Penyedia Bahan Baku 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, Agustus 2013 Penulis Syervy Tanata
iii
DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Kedua orang tua penulis, Hasan Tanata dan Titin yang selalu mendukung penulis dalam melaksanakan studi, menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 2. Keluarga yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia yang telah membimbing penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini. 4. Staf Pengajar Fakultas Teknik Departemen Teknik Kimia Universitas Sumatera Utara Medan. 5. Partner penelitian, Mimi Richell Gunawan yang telah bekerja sama di dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini. 6. Dr. Ir. Nurzainah Ginting, MSc. selaku dosen Fakultas Pertanian yang telah memberikan pengarahan tentang penelitian ini. 7. Bang Wahyu Adnin, Syahri Dani, Bang Juliananta Sitepu, Bang Teddy Julius, Bang Dedi Anwar, Bang Alfy Syahrin Triargo, Bang Basril Amirza Harahap, Bang Yohanes dan Bang Oktabani, serta Bang Daud yang telah membantu mulai dari mengarahkan sebelum penelitian hingga selesai penelitian dan penulisan skripsi. 8. Rekan-rekan mahasiswa jurusan Teknik Kimia terutama angkatan 09 khususnya Danil Tarmizi, Intan Zahara, Krisnawati, Jasinda, Michael, Elmer Surya dan Ida Ayuningrum atas dukungan moril yang diberikan dan bantuan sehingga selesainya penulisan skripsi ini.
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Syervy Tanata NIM: 090405021 Tempat / Tanggal Lahir: Binjai / 30 Desember 1991 Nama Orang Tua: Hasan Tanata Alamat Orang Tua: Jl. Gajah Mada No.10B Kuala 20772
Asal Sekolah TK Methodist Binjai tahun 1995 – 1997 SD Methodist Binjai tahun 1997 – 2003 SMP Methodist Binjai tahun 2003 – 2006 SMA Methodist Binjai tahun 2006 – 2009 Pengalaman Organisasi / Kerja Himatek periode 2012 – 2013 sebagai Anggota Sosroh Asisten Lab. KA tahun 2011 – 2012 modul Analisa Air
v
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh waktu fermentasi terhadap kualitas dan kuantitas gas bio yang dihasilkan dari limbah padat (ampas singkong) yang dikombinasikan dengan limbah cair industri tapioka dengan menggunakan digester anaerobik sistem batch serta mengevaluasi potensi ekonomi dari gas bio yang dihasilkan dari campuran tersebut. Bahan yang digunakan adalah campuran limbah padat (ampas singkong) dan limbah cair industri tapioka dengan starter berupa campuran antara kotoran sapi dan air. Variabel yang diamati yaitu volume gas bio, Total Suspended Solid (TSS) dan Chemical Oxygen Demand (COD) pada setiap 3 hari waktu fermentasi. Kemudian pH dijaga konstan pada rentang 6-7 dengan menggunakan larutan kapur dan diamati uji nyala gas bio. Penelitian diawali dengan mencampurkan limbah padat dan cair dengan perbandingan 70:30; 60:40; 50:50; 40:60 dan 30:70 (w/w) dengan starter kotoran sapi di dalam digester anaerobik sistem batch, selanjutnya diamati volume gas bio yang dihasilkan dan dianalisa TSS dan COD dari slurry. Volume gas bio optimum pada hari ke-33 pada perbandingan berat limbah padat dan limbah cair 70:30 dengan perolehan gas bio sebesar 193,617 L untuk total massa limbah sebanyak 225 kg. Persentase penyisihan TSS terbesar pada perbandingan berat yang sama yaitu 76,2289% dan penyisihan COD terbesar dengan nilai 28,5714%. Potensi ekonomi dari campuran limbah padat dan limbah cair industri tapioka ini tidak menjanjikan. Kata kunci: industri tapioka, limbah padat, limbah cair, gas bio, TSS, COD
vi
ABSTRACT
This research was conducted to know the quality and quantity of biogas that was made from solid and liquid wastes of tapioca industry in a batch anaerobic digester and evaluate economic potential of biogas from that mixture. The materials for this research were solid and liquid wastes from tapioca industry with starter of solid waste from cattle and water that mixed together. Variables for these are volume of biogas, Total Suspended Solid (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) which analized every 3 days at fermentation time. Then the pH was kept constant in the range of 6-7 by using a solution of lime and observed the flame test of biogas. The research began by mixing the solid and liquid wastes from tapioca industry at ratio 70:30; 60:40; 50:50; 40:60 and 30:70 (w/w) with starter of solid waste from cattle in a batch anaerobic digester, then the volume of biogas that produced was observed and analized TSS and COD of slurry. The optimum volume of biogas was at 33rd day in weight composition of solid and liquid wastes 70:30 that obtained 193,617 L of biogas for 225 kg waste. The highest percentage reduction of TSS and COD were 76,2289% and 28,5714% at the same weight ratio. Economic potential from mixture of solid and liquid wastes of tapioca industry is not promising. Keywords: tapioca industry, solid waste, liquid waste, biogas, TSS, COD
vii
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS
v
ABSTRAK
vi
ABSTRACT
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR GAMBAR
xi
DAFTAR TABEL
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
DAFTAR SINGKATAN
xv
DAFTAR SIMBOL
xvi
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN
1
1.1
LATAR BELAKANG
1
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
UBI KAYU (SINGKONG)
5
2.2
INDUSTRI PEMBUATAN TAPIOKA
6
2.2.1 Pengupasan
6
2.2.2 Pencucian
6
2.2.3 Pemarutan
6
2.2.4 Pemerasan/Ekstraksi
6
2.2.5 Pengendapan
6
2.2.6 Pengeringan
7
LIMBAH INDUSTRI TAPIOKA
7
2.3
viii
2.3.1 Limbah Cair Industri Tapioka
8
2.3.2 Limbah Padat Industri Tapioka
9
GAS BIO
10
2.4.1 Pengertian Gas Bio
10
2.4.2 Prinsip Dasar Gas Bio
10
2.4.3 Aplikasi Gas Bio
11
2.4.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Gas Bio
11
2.4.5 Mekanisme Pembentukan Gas Bio
12
2.5
PEMILIHAN PROSES
13
2.6
DESKRIPSI PROSES
15
2.7
POTENSI EKONOMI
15
2.4
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
18
3.1
LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
18
3.2
BAHAN DAN PERALATAN
18
3.2.1 Bahan
18
3.2.2 Peralatan
18
3.2.3 Rangkaian Peralatan
19
PROSEDUR PERCOBAAN
19
3.3.1 Pembuatan Gas Bio
19
3.3
3.3.1.1 Blok Diagram Pembuatan Gas Bio 3.4
PROSEDUR ANALISA 3.4.1 Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD) 3.4.2 Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid (TSS)
BAB IV
21 21
21
3.4.3 Pengukuran pH
23
3.4.4 Pengukuran Volume Gas Bio
23
3.4.5 Penentuan Kualitas Gas Bio
23
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
20
PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP VOLUME GAS BIO HARIAN
ix
24 24
4.2
4.3
4.4 BAB V
PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PERSENTASE PENYISIHAN TOTAL SUSPENDED SOLID (TSS)
27
PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PERSENTASE PENYISIHAN CHEMICAL OXYGEN DEMAND (COD)
30
PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP DERAJAT KEASAMAN (pH)
32
KESIMPULAN DAN SARAN
33
5.1
KESIMPULAN
33
5.2
SARAN
34
DAFTAR PUSTAKA
35
LAMPIRAN 1
40
LAMPIRAN 2
43
LAMPIRAN 3
44
x
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Ubi Kayu (Singkong)
5
Gambar 2.2
Diagram Alir Proses Pembuatan Tapioka
7
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan Dalam Pembuatan Gas Bio
19
Gambar 3.2
Blok Diagram Pembuatan Gas Bio
20
Gambar 3.3
Flowchart Analisa Konsentrasi TSS
22
Gambar 3.4
Flowchart Pengukuran pH
23
Gambar 4.1
Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Volume Gas Bio Harian Pada Beberapa Komposisi dengan Massa Total Limbah 225 kg
24
Gambar 4.2
Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Produksi Gas Bio Harian Pada Beberapa Komposisi
26
Gambar 4.3
Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan Total Suspended Solid (TSS) Pada Beberapa Komposisi
27
Pengaruh Waktu Fermentasi Terhadap Persentase Penyisihan Chemical Oxygen Demand (COD) Pada Beberapa Komposisi
30
Gambar L3.1
Sampel Ampas Singkong
44
Gambar L3.2
Sampel Limbah Cair
44
Gambar L3.3
Peralatan Penelitian di Lapangan
45
Gambar L3.4
Digester Tampak Depan dan Tampak Samping
45
Gambar L3.5
Pengambilan Kotoran Sapi
46
Gambar L3.6
Proses Pemisahan Kotoran Sapi dari Kontaminan (Batu, Plastik
46
Gambar L3.7
Proses Pencampuran Kotoran Sapi dan Air
47
Gambar L3.8
Proses Pengadukan Campuran Agar Homogen
47
Gambar L3.9
Proses Pengisian Digester
48
Gambar L3.10
Proses Pengadukan Slurry
48
Gambar L3.11
Pengambilan Sisa Sampel
49
Gambar L3.12
Pengujian pH
49
Gambar 4.4
xi
Gambar L3.13
Proses Pengisian Air Ke Dalam Tabung Pengukur Volume Gas
50
Gambar L3.14
Penarikan Tali Untuk Tempat Gas Bio yang Akan Terperangkap
50
Gambar L3.15
Dibuka Katup Pada Digester
51
Gambar L3.16 Diukur Ketinggian dari Gas Bio yang Terperangkap Dalam Tabung
51
Gambar L3.17
Persiapan Untuk Uji Nyala
52
Gambar L3.18
Terbentuk Nyala Api Biru
52
xii
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1
Cadangan dan Produksi Minyak Bumi di Indonesia
1
Tabel 2.1
Komposisi Ubi Kayu (Singkong) (per 100 gram bahan)
5
Tabel 2.2
Karakteristik Limbah Cair Tapioka
8
Tabel 2.3
Kandungan Nutrisi Limbah Cair Tapioka
9
Tabel 2.4
Komposisi Ampas Ubi Kayu/Singkong (Onggok)
9
Tabel 2.5
Komposisi Gas Bio
10
Tabel 2.6
Karakteristik Gas Bio
11
Tabel 2.7
Perbandingan Proses Aerobik dan Anaerobik
14
Tabel L1.1
Analisa Kuantitatif Volume Gas, TSS, COD dan pH
40
Tabel L1.2
Analisa Kualitatif Uji Nyala
42
xiii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
LAMPIRAN 3
DATA PENELITIAN
40
1.1
HASIL ANALISA KUANTITATIF
40
1.2
HASIL ANALISA KUALITATIF
41
CONTOH PERHITUNGAN
43
2.1
PERHITUNGAN TOTAL SUSPENDED SOLID AWAL (TSS0)
43
2.2
PERHITUNGAN PERSENTASE PENYISIHAN
43
2.3
PERHITUNGAN COD TERKONVERSI
43
DOKUMENTASI PENELITIAN
44
3.1
SAMPEL AMPAS SINGKONG
44
3.2
SAMPEL LIMBAH CAIR
44
3.3
PERALATAN PENELITIAN
45
3.4
PENGAMBILAN KOTORAN SAPI
46
3.5
PROSES PENCAMPURAN KOTORAN SAPI DAN AIR
3.6
PROSES PENGISIAN DIGESTER
48
3.7
PROSES PENGAMBILAN SAMPEL (SLURRY)
48
3.8
PENGUJIAN pH
48
3.9
PROSES PENGUJIAN VOLUME GAS
50
3.10
UJI NYALA
52
xiv
STARTER
KELUARAN
46
DAFTAR SINGKATAN COD
Chemical Oxygen Demand
TSS
Total Suspended Solid
pH
power of Hydrogen
xv
DAFTAR SIMBOL Simbol
Keterangan
Dimensi
Ca(CO3)
Kapur
CH4
Metana
A
Berat kertas saring kering
mg
B
Berat kertas saring dan residu sesudah pemanasan 105oC
mg
C
Volume sampel
ml
xvi
