PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN
SKRIPSI
Oleh
DERIL CLINTON 100405026
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN
SKRIPSI
Oleh
DERIL CLINTON 100405026
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN M ENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA AGUSTUS 2015
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS 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 untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, Agustus 2015
Deril Clinton NIM 100405026
i Universitas Sumatera Utara
PENGESAHAN Skripsi dengan judul: PENGARUH WAKTU FERMENTASI DAN KOMPOSISI LIMBAH KULIT BUAH AREN (Arenga pinnata) DENGAN STARTER KOTORAN SAPI TERHADAP BIOGAS YANG DIHASILKAN dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diujikan pada sidang sarjana pada tanggal 13 Agustus 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat/ sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Medan, Agustus 2015
ii Universitas Sumatera Utara
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi dengan judul “Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan
Starter Kotoran Sapi
Terhadap Biogas Yang Dihasilkan” berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakulatas Teknik Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini: Penelitian ini membantu pengolahan limbah kulit buah aren sehingga mengurangi pencemaran terhadap lingkungan. Penelitian ini memberikan sumbangan ilmu pengetahuan tentang sumber energi alternatif, yaitu biogas Penelitian dipublikasikan dalam Jurnal Teknik Kimia dengan judul “Pengaruh Waktu Fermentasi Dan Komposisi Limbah Kulit Buah Aren (Arenga Pinnata) Dengan Starter Kotoran Sapi Terhadap Biogas Yang Dihasilkan”. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan dari pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar – besarnya kepada: Ir. Netti Herlina, MT selaku Pembimbing 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 2015
Penulis Deril Clinton
iii Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada : 1. Kedua orang tua penulis, Jhonny Robert Panjaitan dan Delima Simorangkir. 2. Saudari terkasih Ratna Cempaka Yelestine dan Sardis Naviri. 3. Keluarga besar Panjaitan dan Simorangkir di Medan, Jakarta, dan Tangerang. 4. Pemuda/i POUK Harapan kita 5. Teman-teman terbaik di Teknik Kimia Dewi, Jekky, Lean, Maggie, Popphy, Ruben dan semua stambuk 2010, serta senior/ junior yang memberikan banyak dukungan dan semangat kepada penulis. 6. Ir. Netti Herlina, MT selaku dosen pembimbing. 7. Ir. Bambang Trisakti, MT dan Dr. Ir. Fatimah, MT selaku dosen penguji. 8. Dr. Eng. Ir. Irvan, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia USU 9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar dan Pegawai Administrasi Departemen Teknik Kimia.
iv Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Deril Clinton Nim : 100405026 Tempat/ tgl lahir : Jakarta, 12 Februari 1993 Nama orang tua : Jhonny Robert Panjaitan Alamat orang tua : Jl. Bakung II Blok i5 No. 2 Perumahan Harapankita Tangerang Asal sekolah
SD Yayasan Pendidikan Mutiara Kasih 1998 – 2004 SMP Strada Selamet Riyadi 2004 – 2007
SMA Negeri 5 Tangerang 2007 – 2010 Beasiswa yang pernah diperoleh :
Beasiswa PPA Tahun 2011 & 2012 Universitas Sumatera Utara Pengalaman organisasi/ kerja :
UKM KMK USU UP Teknik sebagai AKK (Anggota Kelompok Kecil) tahun 2010-2014
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2013/2014 sebagai Anggota Penelitian dan Pengembangan
Asisten Perpustakaan Teknik Kimia USU 2013 – 2014 Artikel yang telah dipublikasi dalam jurnal/ pertemuan ilmiah:
Jurnal Teknik Kimia USU
v Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Aren (Arenga pinnata) merupakan tanaman serbaguna. Pemanfaatanya yang luas dalam industri makanan menghasilkan limbah kulit buah yang dapat digunakan sebagai biomassa tanaman untuk pembuatan biogas. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kualitas dan kuantitas biogas yang terbuat dari campuran limbah kulit buah aren dan air dengan menggunakan digester anaerobik sistem batch serta mengevaluasi potensi ekonomi dari biogas yang dihasilkan dari campuran tersebut. Penelitian dilakukan dengan mencampur kulit buah aren dengan air dalam rasio 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; dan 1:8 (w/w) dengan starter kotoran sapi dicampur dengan air didalam digester anaerobik sistem batch. Variabel yang diamati adalah volume biogas, komposisi biogas, Total Suspended Solid (TSS) dan Chemical Oxygen Demand (COD) serta slurry dianalisis tiap 3 hari fermentasi. pH untuk penelitian ini diatur pada kisaran 6,4-8. Volume biogas terbesar pada rasio 1:11,5 (w/w) campuran limbah kulit buah aren dan yaitu 637 mL untuk total limbah sebanyak 1,5 L dengan kandungan metana sebesar 60.9830 %. Diperoleh persentase penyisihan TSS sebesar 88,10 % dan persentase penyisihan COD sebesar 82,43 %. Slurry menghasilkan TSS dan COD yang belum memenuhi baku mutu limbah cair. Potensi ekonomi dari pemanfaatan campuran limbah kulit buah aren dan air sebagai biogas menguntungkan. Kata kunci: biogas, COD, digester anaerobik, limbah kulit buah aren, TSS
vi Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Aren / Sugar Palm (Arenga pinnata) is a multipurpose crop. The widely use of sugar palm for food industries, generates sugar palm leather waste which can be use as a biomass for biogas production. This study aims to determine the quality and the quantity of biogas made from a mixed of sugar palm leather waste and water using batch anaerobic digester system and to evaluate the economic potential of biogas production from the mixture. Research carried out by mixing sugar palm leather with water in a ratio of 1:13; 1:11,5; 1:10; 1:9; and 1:8 (v/v) with cow dung as a starter mixed with water in an anaerobic digester batch system. Observed variables are biogas, biogas composition, Total Suspended Solid (TSS) and Chemical Oxygen Demand (COD) and analyzed fermentation slurry for every 3 days. pH for this study is set in the range of 6,4-8. The largest volume of biogas production is found at a ratio 1:11,5 (w/w) mixture of sugar palm leather and water that is 637 mL for total waste 1,5 L with 60,983 % methane contain. TSS remove percentage obtained was 88,10%and percentage of COD removal by 82,43%. Slurry produces unqualified TSS and COD with the standard quality of liquid waste. The economic potential of using a mixture of sugar palm leather and water for producing biogas is beneficial. Keywords : anaerobic digester, biogas, COD, sugar palm leather waste, TSS
vii Universitas Sumatera Utara
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 PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
3
1.2 PERUMUSAN MASALAH
3
1.3 TUJUAN PENELITIAN
3
1.4 MANFAAT PENELITIAN
3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1 AREN
5
2.2 BUAH AREN
6
2.3 KOTORAN SAPI
8
2.4 FERMENTASI
9
2.4.1 Chemical Oxygen Demand
10
2.4.2 Total Suspended Solid
10
2.5 BIOGAS
11
2.6 TAHAP PEMBENTUKAN BIOGAS
12
2.6.1 Hidrolisis
13
viii Universitas Sumatera Utara
2.6.2 Asidogenesis
13
2.6.3 Asetogenesis
14
2.6.4 Metanogenesis
14
2.7 FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PRODUKSI BIOGAS
15
2.7.1 Makro dan Mikro Nutrien
15
2.7.2 Rasio Karbon dan Nitrogen (C/N)
15
2.7.3 Temperatur
16
2.7.4 Derajat Keasaman (pH)
16
2.7.5 Lama Fermentasi
16
2.8 POTENSI EKONOMI
17
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
19
3.1 LOKASI PENELITIAN
19
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
19
3.2.1 Bahan
19
3.2.2 Peralatan
20
3.2.3 Rangkaian Peralatan
20
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN
21
3.3.1 Pembuatan Biogas
21
3.3.2 Blok Diagram Pembuatan Biogas
21
3.4 PROSEDUR ANALISA
22
3.4.1 Analisa Konsentrasi Chemical Oxygen Demand (COD)
22
3.4.2 Analisa Konsentrasi Total Suspended Solid (TSS)
25
3.4.3 Pengukuran pH
25
3.4.4 Pengukuran Volume Biogas
27
3.4.5 Penentuan Kualitas Biogas
27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
28
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH KULIT BUAH AREN
28
4.2 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP DERAJAT KEASAMAN (pH) PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
29
4.3 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP
ix Universitas Sumatera Utara
% PENYISIHAN TSS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
32
4.4 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP % PENYISIHAN COD PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
34
4.5 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP PRODUKSI BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
36
4.6 PENGARUH WAKTU FERMENTASI TERHADAP YIELD BIOGAS PADA BEBERAPA KOMPOSISI SAMPEL
37
4.7 KUALITAS DAN KOMPOSISI BIOGAS BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
39 40
5.1 KESIMPULAN
40
5.2 SARAN
41
DAFTAR PUSTAKA
42
LAMPIRAN 1
47
LAMPIRAN 2
54
LAMPIRAN 3
57
x Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Tanaman Aren (Arenga pinnata)
5
Gambar 2.2
(a) Buah Aren Muda (b) Buah Aren Matang
7
Gambar 2.3
Tahap Pembentukan Biogas
12
Gambar 3.1
Rangkaian Peralatan Proses Pembuatan Biogas
20
Gambar 3.2
Blok Diagram Pembuatan Biogas
21
Gambar 3.3
Flowchart Persiapan Uji Penentuan Harga COD
23
Gambar 3.3
Flowchart Penentuan Harga COD
25
Gambar 3.5
Flowchart Penentuan Total Suspended Solid
26
Gambar 3.6
Flowchart Penentuan Pengukuran pH
27
Gambar 4.1
Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.2
Grafik Hubungan TSS Terhadap Waktu Fermentasi Dan Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.3
34
Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap Volume Biogas Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.7
32
Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap % Penyisihan COD Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.6
31
Grafik Hubungan Waktu Fermentasi terhadap % Penyisihan TSS Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.5
30
Grafik Hubungan COD Terhadap Waktu Fermentasi Dan Derajat Keasaman (pH) Pada Beberapa Komposisi Sampel
Gambar 4.4
29
36
Grafik Pengaruh Waktu Fermentasi terhadap Produksi Biogas Per COD Tereduksi
37
Gambar L1.1 Hasil Analisa COD Pada Setiap Variasi Komposisi
47
Gambar L1.2 Hasil Analisa Rasio C/N Kulit Buah Aren
48
Gambar L1.3 Hasil Analisa Komposisi Biogas
49
Gambar L3.1 Limbah Kulit Buah Aren (Sampel)
53
Gambar L3.2 Pengenceran Kotoran Sapi dan Air
53
Gambar L3.3 Pengecilan Ukuran Sampel
54
xi Universitas Sumatera Utara
Gambar L3.4 Digester
54
Gambar L3.5 Rangkain Peralatan Digester
55
Gambar L3.6 Proses Pengisian Digester
55
Gambar L3.7 Proses Pengambilan Slurry
56
Gambar L3.8 Analisa pH
56
Gambar L3.9 Analisa Total Suspended Solid (TSS)
57
Gambar L3.10 Biogas Dalam Kantong Plastik
58
Gambar L3.11 Uji Nyala Gas Bio
58
Gambar L3.12 Biogas Dalam Vacutainer Untuk Analisa Komposisi Gas
59
Gambar L3.13 Kromatografi Gas
59
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Penelitian Yang Menggunakan Biomassa Tanaman Sebagai Bahan Baku
2
Tabel 2.1 Komposisi Gas Bio Secara Umum
12
Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Kulit Buah Aren
28
Tabel 4.2 Tabel Hasil Analisis Uji Nyala Biogas Limbah Kulit Buah Aren
39
Tabel 4.3 Tabel Hasil Analisis Komposisi Biogas Limbah Kulit Buah Aren
39
Tabel L1.1 Tabel Hasil Analisa
43
Tabel L1.2 Tabel Hasil Analisis Uji Nyala Biogas Limbah Kulit Buah Aren
50
Tabel L1.3 Tabel Hasil Analisis Komposisi Biogas Limbah Kulit Buah Aren
50
xiii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA ANALISIS PENELITIAN
47
1.1 HASIL ANALISA
47
1.2 HASIL ANALISA BIOGAS
50
1.3 HASIL ANALISA UJI LABORATORIUM
51
LAMPIRAN 2 CONTOH PERHITUNGAN
54
2.1 PERHITUNGAN VOLUME DIGESTER
54
2.2 PERHITUNGAN BAHAN
54
2.3 PERHITUNGAN GLUKOSA YANG DIBUTUHKAN
55
2.4 PERHITUNGAN TOTAL SOLID SUSPENDED (TSS)
55
2.5 PERHITUNGAN PERSENTASE PENYISIHAN
56
2.6 PERHITUNGAN COD TERKONVERSI
56
LAMPIRAN 3 FOTO PENELITIAN
57
3.1 LIMBAH KULIT BUAH AREN (SAMPEL)
58
3.2 PENGENCERAN KOTORAN SAPI DAN AIR
58
3.3 PENGECILAN UKURAN SAMPEL
59
3.4 DIGESTER
59
3.5 PROSES PENGAMBILAN SLURRY
60
3.6 ANALISA PH
60
3.7 ANALISA TOTAL SUSPENDED SOLID (TSS)
61
3.8 UJI KUALITAS BIOGAS
62
xiv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN COD
Chemical Oxygen Demand
TSS
Total Suspended Solid
pH
Power of Hydrogen
xv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL Simbol
Keterangan
Dimensi
Ca(CO3) Kapur CH4
Metana
A
Berat filter dan residu sesudah pemanasan 1050C 0
mg
B
Berat filter kering sesudah pemanasan 105 C
mg
C
Volume sampel
ml
N1
Normalitas larutan K2Cr2O7.
V1
Larutan K2Cr2O7
ml
V2
Volume larutan FAS
ml
xvi Universitas Sumatera Utara
