PENGEMBANGAN ENERGI TERBARUKAN DARI LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT
EDWI MAHAJOENO
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi Pengembangan Energi Terbarukan dari Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit adalah karya saya sendiri dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2008
Edwi Mahajoeno NRP P 062020081
RINGKASAN EDWI MAHAJOENO. Pengembangan Energi Terbarukan dari Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit. Di bawah bimbingan: BIBIANA W. LAY, sebagai ketua, SURJONO H. SUTJAHJO dan SISWANTO, sebagai anggota. Indonesia merupakan negara dengan pertumbuhan industri minyak kelapa sawit terbesar, bahkan akan menjadi produsen utama dunia 2010, yang akan memiliki sumberdaya yang belum tersentuh lebih dari 50 juta ton pertahun. Inovasi pengembangan teknologi pengekstrak biogas dari produk samping pabrik minyak kelapa sawit (LCPMKS) untuk memproduksi bahan bakar terbarukan dan manfaatnya sebagai pengganti bahan bakar kendaraan (solar) dan peralatan internal pabrik mendesak untuk dilakukan. LCPMKS bersifat asam, pH 4, mengandung bahan organik tinggi dan total solid 4-5%, sehingga sangat potensial untuk produksi biogas melalui fermentasi anaerob. Perombakan bahan organik dari LCPMKS menjadi gas metan melalui beberapa tahapan reaksi oleh bakteri asetogenik dan metanogenik, yan berpotensi untuk produksi biogas. Pabrik kelapa sawit di Indonesia berjumlah 320 buah pabrik dan menghasilkan LCPMKS > 40 juta m3/tahun. Volume LCPMKS yang berlimpah, selain sebagai sumber pencemar yang potensial baik tanah, udara maupun lingkungan air, di satu sisi LCPMKS adalah sumber energi terbarukan, dan sampai saat ini belum dimanfaatkan secara optimal, upaya pemanfaaan teknologi anaerob untuk meningkatkan potensi LCPMKS yang berhasil guna, juga menekan terjadinya pencemaran. Pengelolaan LCPMKS di Indonesia umumnya secara konvensional menggunakan beberapa kolam terbuka. Sistem tersebut mudah dan tidak memerlukan teknologi tinggi namun kurang efisien, sehingga memerlukan lahan sangat luas, cepat mengalami pendangkalan, biaya pemeliharaan mahal, emisi gas metan, meningkatkan pencemaran udara, penyebab pemanasan global. Penelitian dilakukan di pabrik minyak kelapa sawit PT. Pinago Utama dengan kapasitas olah pabrik 60 ton TBS/jam menghasilkan LCPMKS sebanyak 700 m3/hari. Tujuan penelitian 1) mempelajari karakteristik dan faktor biotik abiotik yang berpengaruh terhadap laju produksi biogas, total produksi biogas dan efisiensi pengurangan bahan organik dari LCPMKS, 2) mengukur emisi biogas kolam LCPMKS anaerob terbuka, memantau kualitas kolam pengolahan LCPMKS, efisiensi pengurangan bahan organik, dan cara peningkatan kualitas atau pemurnian biogas. 3) merancang dan menguji teknologi perombakan kolam anaerob tertutup laju tinggi dengan perlakuan resirkulasi dan peningkatan suhu gradasi untuk pengelolaan LCPMKS lebih efisien, efektif, dan berdaya guna. 4) mengkaji kelayakan teknoekonomi anaerob tertutup laju tinggi secara ekonomis, dan mendapatkan teknologi pengolahan LCPMKS untuk produksi biogas yang layak diaplikasikan sesuai analisis ekonomi secara sederhana. Hasil penelitian skala laboratorium dilakukan di rumah kaca menggunakan modifikasi bioreaktor anaerob volume 20 L secara curah (batch) menggunakan limbah LCPMKS, waktu fermentasi 12 minggu. Faktor biotik yang diuji adalah lumpur aktif
dari kolam limbah LCPMKS dan kotoran sapi. Sedang faktor abiotik yang diuji antara lain pengaruh penambahan bahan penetral pH, pH substrat awal, agitasi, dan temperatur. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa karakteristik LCPMKS PT. Pinago Utama pH asam, bahan organik tinggi (COD >55; BOD >26; TS >35 dan SS 26 g.l-1), berpotensi sebagai sumber pencemar dan sumber energi terbarukan. Faktor biotik dan abiotik yang dapat meningkatkan produksi biogas dan efisiensi pengurangan bahan organik adalah lumpur aktif konsentrasi 20%, sedang faktor abiotik dengan penambahan Ca(OH)2, pH substrat awal 7, agitasi yang dilakukan sehari satu kali, dan peningkatan suhu termofilik (40oC). Rerata efisiensi pengurangan bahan organik substrat sistem curah relatif tinggi, masing-masing 88 %, 74,8%, 64,4% dan 61% untuk COD, BOD, SS, dan TS. Hasil percobaan baseline study pengelolaan LCPMKS terdiri dari tiga kolam fakultatif anaerob dan tiga kolam aerob. Parameter kualitas limbah COD, BOD, TS dan SS diamati dalam 10 bulan (September 2006 hingga Juni 2007). Pengolahan limbah secara konvensional dengan sistem kolam menghasilkan kualitas limbah dari kolam terakhir, sebelum masuk ke sungai belum memenuhi baku mutu KLH antara lain, COD, BOD, TS, SS dan VS masing-masing adalah COD kolam I- VI 44,1; 5,5; 7,9; 3,9; 0,9; 0,7; BOD 15,3; 3,0; 3,1; 1,3; 0,4; 0,3; TS 30,0; 10,9; 9,8; 5,2; 5,6; 3, ;5 SS 31,6 7,8, 7,4, 2,1, 2,0, 1,6. Persentase penurunan COD (%) kolam I-VI masingmasing 100, 87,3; 82,1; 91,2; 79,6, 98,4. BOD 100, 80,4, 79,7, 91,5, 94,4 98,0. TS 100, 63,0; 67,3; 82,7, 81,3; 88,3. SS 100, 75,3; 76,6 93,4; 93,7; 94,9. VS 100; 81,0; 85,9; 89,7; 93,5; 94,3. Emisi gas metan pada kolam fakultatif anaerob sebesar 3.555 m3/hari/10.800m2 dengan kadar CH4 1935,6 kg/hari, dan potensi pemanasan global 23.866 ton.CO2-e/tahun. Rerata pengurangan bahan rganik > 80% dengan waktu tinggal relatif lama (>10 bulan). Biogas yang dihasilkan dapat dimurnikan dengan Ca(OH)2 dan CaCl2, dan dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar biogas (BBG) jenis lain. Digester kolam anaerob tertutup (bioreaktor) dibangun pada kolam I.1 berkapasitas total 4500 m3, volume kerja 4000 m3, dan aklimatisasi inokulum 20% (b/v) dengan suhu >40 oC. Percobaan optimasi produksi biogas dilakukan dua periode yaitu 2006 - 2007, dengan variasi feeding rate 25 m3/hari sampai dengan 300 m3/ hari masing-masing sela interval 3 hari. Parameter yang diamati antara lain volume biogas, pH, COD, BOD, TS dan SS. Hasil penelitian menunjukkan bahwa volume gas meningkat secara kontinyu sesuai dengan peningkatan laju pengumpanan LCPMKS. Kinerja optimum bioreaktor adalah laju pengumpanan 200 m3/hari diproduksi biogas sebesar 10.000 m3/hari, dengan efisiensi penurunan organik rerata >90%. Studi kelayakan tekno-ekonomi pembangunan modifikasi bioreaktor diperoleh nilai Break Even Point = 120.992 m3, Net B/C=17348. Net present value (NPV)/Bulan Rp 460.416.000,00,IRR diatas 35%. Operasional produksi PT.Pinago Utama menghasilkan limbah antara 650- 700 m3 setiap hari dapat ditampung dalam tiga reaktor dengan ukuran yang sama akan menghasilkan 40.000 m3 biogas/hari, setara dengan 20.000 L minyak solar. Harga solar industri mencapai Rp 7.000 – 8.000/L, maka hasil yang diperoleh dari limbah kurang lebih 130 juta/hari, atau Rp 33 M/ tahun. Hasil limbah cair mampu mendukung biaya operasional pabrik. Tampak betapa
pentingnya pengolahan LCPMKS dengan inovasi teknologi yang telah diuji terapkan, dan dapat menekan kebutuhan lahan utuk penampungan lebih meluas. Pemasangan digester kolam anaerob tertutup secara tekno-ekonomi sangat layak diaplikasikan dan ramah lingkungan. Hasil percobaan yang diperoleh dari skala laboratorium, base line study dan skala pilot, pengurangan bahan organik yang diukur dari COD, BOD, TS dan SS mengalami penurunan, namun masih di atas ambang baku mutu yang diperuntukkan. Semua percobaan yang dilakukan dapat memproduksi biogas, sehingga LCPMKS dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan, yang disebut bioenergi bersih dan berkesinambungan. Sehingga dapat disimpulkan bahwa implementasi modifikasi teknologi digester anaerob kolam tertutup laju tinggi dapat dipengaruhi oleh faktor biotik dan abiotik. Pengolahan LCPMKS secara konvensional, yang umum dilakukan oleh pabrik minyak kelapa sawit tidak efisien dan efektif, pemberdayaan LCPMKS kurang optimal, sehingga berdampak pada pemanasan global akibat gas rumah kaca, yang mengancam kehidupan organisme di dunia. Inovasi teknologi pengelolaan LCPMKS pada digester anaerob kolam tertutup laju tinggi, dapat meningkatkan pemberdayaan LCPMKS yang lebih efektif, efisien dan berdaya guna. Menguntungkan industri sehingga mampu meningkatkan daya saing, menciptakan industri bersih, serta mendukung ratifikasi Protokol Kyoto .
ABSTRACT Mahajoeno Edwi. Development of Renewable Energy from Palm Oil Mill Effluent (POME), supervised by Bibiana W. Lay, as Principal Advisor, Surjono H. Sutjahjo and Siswanto as Co-Advisor. Indonesia is a country having the growth largest on palm oil mill, while will be primarily the producers in the world and it have been more than 50 million MT of the hidden resources of POME annually. The innovation on establishing technology of biogas extracting of by-product the palm oil mill to produce the renewable energy and it uses as alternatives vehicle fuel and internal factory equipment were critical conducted. These objectives of the investigation were to: 1) know the effects of chemical, biological and physical factors on anaerobic digestion system the biogas production in the laboratory scale, 2) measure methane emission potential and upgrading biogas quality, and 3) develop the technical digestion anaerobic by closedhigh rate anaerobic lagoon 4) analyze the feasibility of techno-economical biogas plant substrate temperature rising. The results show that POME sludge generated from PT Pinago Utama this substrate is a potential source of environmental pollutants. The biotic factors were kind and concentration of the inoculums sludge of anaerobic lagoon II-B of 20% (w/v) respectively. Both physical and chemical factors pH, pH neutralizer matter Ca (OH)2, temperature ≥40oC, agitation effect to increase biogas production, but in both coagulant concentration. The efficiency removal organics each of parameters average were ≥ 90%, except total solid (TS), 63%. Biogas emission from anaerobic lagoon IIB which its capacity approximately 10.800 m2 was 3.555 m3/day and methane average was 53,4%. Total methane (CH4) emission 1936 kg/day, and global warming potential equivalent to 23.866 ton CO2 equivalent/year. Average efficiency removal organics, ≥80%, and hydrolytic retention time more than 10-12 months. The principles and technological points of the designed-reactor modification were accelerated by actives microbial sludge anaerobic lagoon of working volume substrates. Bioreactor working volume 4000 m3, to add the process component such as agitation, temperature more than 40oC. The optimum biogas production through reactor modification, i.e., feeding rate per days and percentage in removal efficiency, were 200 m3 POME.day-1 and ≥90%, respectively. The feasibility study of techno-economical of the biogas plant modification revealed that developing closed-high rate lagoon for POME treatment plant was much appropriated. Implementation of the innovation another obtains to the renewable energy environmentally and promotes the efficiency of organic removal of pollutant. -----------------------Kata Kunci: Renewable energy, POME, anaerobic digester closed lagoon, pilot scale,
ABSTRACT EDWI MAHAJOENO. Development of Renewable Energy from Palm Oil Mill Effluent (POME), supervised by BIBIANA W. LAY, as Principal Advisor SURJONO H. SUTJAHJO and SISWANTO, as Co-Advisor. The total area of oil palm plantations in Indonesia is about 5,9 million hectares and produces the crude palm oil (CPO) as much 16, 6 million tons palm oil mills (POM) is 350 mills, from which 258 residing in Sumatra. The number of process production of fresh fruits bunch EFB), generate solid wastes such as empty fruit bunch (EFB) about 9 million ton, fiber 5,5 million ton, as well as liquid waste of palm oil mill (POME) more than 40 million ton/year. The utilization of solid and liquid wastes in Indonesia until now has not yet been optimal because of technological limitation. On the other hand to increase industrial competitiveness, and efficiency of oil palm plantation, needs efforts to reduce the production cost. Technology for processing the liquid waste of POM uses a lagoon system, which has a lot of weakness such as: needed a large number of ponds, emission of methane gas, which is contaminating air environment with the global warming potency higher than CO2 emission, long retention hydrolytic time and management expense very high. These problems can be overcome by an Anaerobic Digester Closed Lagoon (ADCL) technology which does not need large ponds, and the evolved can be used as renewable energy to replace fossil fuel. This will assist to overcome the energy crisis in Indonesia. The main objective of this research was to obtain the technology processing of POME to produce biogas in pilot scale, efficient and economically feasible to be applied at industrial scale. To pursue this objective, three step of research activities were conducted i.e.: 1) Study of several different parameters influence the biogas production from POME in laboratory scale, 2) Measurement of emission of methane gas from opened anaerobic lagoon as traditionally, existing conditions in palm oil industries; 3) The production of biogas in pilot scale of Anaerobic Digester Closed Lagoon (ADCL). The experiment results at laboratory scale indicated that the POME has characteristic of high COD > 55, BOD > 27, TS > 35 and SS > 26 g/L, which are potentially water and air pollutions contributing to the change of global climate. In experiment scale biogas can be produced in an optimal condition by using activatedsludge inoculums at 20% concentration (w/v), adjusting the acidity substrate to pH 7,0 by adding Ca(OH)2, agitation, temperature on 40oC. The ponding system on POME treatment commonly installed almost all of POM in Indonesia, result in methane emission significant as cause of global warming. Result of biogas measurement in two hectares of facultative anaerobic lagoon, indicated that emissions of methane gas as much 13.300 m3/ year or equivalent to 24,000 ton CO2-eq/year. Result of experiment on pilot scale with the system of ADCL (Anaerobic Digester Covered lagoon) shows that feeding rate at 200 m3 raw POME/days give the optimum yield of biogas, efficient on removal organic substance reduction, reduction efficiency of COD and some other
parameter equal to > 90% and economically feasible for the application of ADCL system. Ca(OH)2 and CaCl2 is most effective for scrubbing biogas. Thereby that treatment of POME by ADCL are feasible to be applied to replace the conventional technology by lagoon system. Key word: POME, the biotic and abiotic factors, methane emission from anaerobic lagoon, anaerobic digester closed lagoon,
ABSTRACT EDWI MAHAJOENO. Development of Renewable Energy from Palm Oil Mill Effluent (POME), supervised by BIBIANA W. LAY, as Principal Advisor SURJONO H. SUTJAHJO and SISWANTO, as Co-Advisor. The total area of oil palm plantations in Indonesia is about 5,9 million hectares and produces the crude palm oil (CPO) as much 16, 6 million tons palm oil mills (POM) is 350 mills, from which 258 residing in Sumatra. The number of process production of fresh fruits bunch EFB), generate solid wastes such as empty fruit bunch (EFB) about 9 million ton, fiber 5,5 million ton, as well as liquid waste of palm oil mill (POME) more than 40 million ton/year. The utilization of solid and liquid wastes in Indonesia until now has not yet been optimal because of technological limitation. On the other hand to increase industrial competitiveness, and efficiency of oil palm plantation, needs efforts to reduce the production cost. Technology for processing the liquid waste of POM uses a lagoon system, which has a lot of weakness such as: needed a large number of ponds, emission of methane gas, which is contaminating air environment with the global warming potency higher than CO2 emission, long retention hydrolytic time and management expense very high. These problems can be overcome by an Anaerobic Digester Closed Lagoon (ADCL) technology which does not need large ponds, and the evolved can be used as renewable energy to replace fossil fuel. This will assist to overcome the energy crisis in Indonesia. This main objective of this research was to obtain the technology processing of POME to produce biogas in pilot scale, efficient and economically feasible to be applied at industrial scale. To pursue this objective, three step of research activities were conducted i.e.: 1) Study of several different parameters influence the biogas production from POME in laboratory scale, 2) Measurement of emission of methane gas from opened anaerobic lagoon as traditionally, existing conditions in pal oil industries; 3) The production of biogas in pilot scale of Anaerobic Digester Closed Lagoon (ADCL).The experiment results at laboratory scale indicated that the POME has characteristic of high COD > 55, BOD > 27, TS > 35 and SS > 26 g/L, which are potentially water and air pollutions contributing to the change of global climate. In experiment scale biogas can be produced in an optimal condition by using activated-sludge inoculum at 20% concentration (w/v), adjusting the acidity substrate to pH 7,0 by adding Ca(OH), agitation, temperature on 40oC. The ponding system on POME treatment commonly installed almost all of POM in Indonesia, result in methane emission significant as cause of global warming. The measures of facultative anaerobic lagoon have large 2 ha, its show that methane emission were 13.300 m3/year or equivalent to 24. 000 ton. CO2-e/year. The pilot scale on biogas production experiment by ADCL show that feeding rate 200 m3 raw POME/day optimal yield biogas and efficiency removal organic. The latter COD and other parameters were >90%, both Ca (OH)2 and CaCl2 were most effective to upgrading biogas quality, and economical most feasibility ADCL applied. Conclusion of the research revealed that the increment POME treatment by ADCL will be obtain more efficient, effective and environmentally friendly Key word: POME, the biotic and abiotic factors, methane emission from anaerobic lagoon, anaerobic digester closed lagoon,
PRAKATA
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah subhanahu wata’ala atas segala karunia rahmat, nikmat dan hidayah, disertasi ini dapat diselesaikan. Disertasi tentang pemanfaatan biomasa limbah industri perkebunan dengan judul “Pengembangan Energi Terbarukan dari Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit” ini disusun dengan bantuan pembiayaan dana APBN KMNRT RUK 2005-2006 melalui Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia. Dalam kesempatan ini disampaikan penghargaan yang tinggi dan ucapan terimakasih kepada yang terhormat : 1. Prof. Dr. drh. Bibiana W. Lay, M.Sc. bertindak sebagai ketua komisi pembimbing, Prof. Dr. Ir. Surjono H. Sutjahjo, MS, dan Dr. Siswanto, DEA, APU. sebagai anggota komisi pembimbing, atas segala bantuan moril dan materiil, saran mulai dari rencana penelitian hingga penyelesaian penulisan, tidak terhingga pengetahuan yang diberikan, kebijaksanaan, kesabaran, ketegasan, kedisiplinan serta tanggung jawab seorang peneliti ditanamkan secara tidak langsung sejalan dengan proses penyelesaian studi. Hanya Allah SWT yang dapat membalas segala kebaikan, dan sebagai catatan ibadah di sisi Allah SWT. 2. Pimpinan Balai Penelitian Bioteknologi Perkebunan Indonesia, di Bogor dan penanggung jawab Laboratorium Rekayasa Genetika dan Biomolekuler yang telah memberikan kesempatan menggunakan fasilitas laboratorium. 3. Direktur Utama PT Pinago Utama Palembang yang telah memberikan fasilitas penelitian pada Areal Pengelolaan LCPMKS di Desa Sugiwaras Babatoman Sekayu Musi Banyuasim Sumatera Selatan. 4. Pimpinan Laboratorium Rekayasa Genetika dan Biomolekuler, dan Laboratorium Mikrobiologi dan Bioproses BPBPI Bogor dan teknisi yang dengan kesabaran dan sukarela membantu dari persiapan hingga penyusunan laporan ilmiah ini dengan menggunakan berbagai fasilitas yang ada. 5. Pimpinan Pabrik Minyak Kelapa Sawit dan Pabrik Karet serta Workshop (Bengkel) dan Laboratorium Bio-Dev PT Pinago Utama yang telah memberi
bantuan tenaga, sarana dan peralatan penting dalam penyelesaian pekerjaan lapangan maupun laboratorium. 6. Staf pengajar dan tenaga kependidikan lainnya di lingkup PS PSL dan Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor umumnya, atas bantuan pendidikan, layanan administrasi dalam bentuk apapun yang sangat berguna. 7. Ayahanda H. Setiohadi Woerjanto, lbu Hj. Salmiyah dan Ibu A. Marzuki almarhumah yang tercinta serta isteri dan anak-anak tercinta Siti Chalimah, Kautsar Hidayatullah, Nashril Abdillah dan Aldilla Arifatunurrillah, dengan penuh keikhlasan berkorban, pengertian, dorongan dan semangat untuk terus maju serta do’a yang selalu dipanjatkan kepada Allah SWT, sehingga penulisan disertasi dapat diselesaikan. 8. Kakak Nurchikmah Marzuki, Djarwo H. Nurrindrat, serta adiku tercinta Yunaedy, Yunaety dan Eko Wicaksono, Wiwik dan Asjito sekeluarga, Naning Wuryaningsih, saudara/kakakku Drs. Rameli, MSi. sekeluarga dan Drs.H. Totok Supiyanto, MM. sekeluarga yang telah banyak memberikan bantuan materi dan dorongan serta do’a yang tiada henti, serta Ir. Rudy Sigit Darsolo sekeluarga yang banyak membantu baik materiil maupun moril pada akhir-akhir penulisan hingga ujian. 9. Bapak/Ibu/saudara sekaligus teman baik berbagi cerita suka dan duka, yang dapat memberi inspirasi, memotivasi dan menggugah dalam banyak hal baik selama penelitian hingga penulisan disertasi ini antara lain: Ir. Suharyanto, MSi, Dr. Sidikmarsudi, Dr. Tri Panji, Dr.Agus Purwantara, Dr.Happy Widiastuti, Isroi, MSi, Efi SSi, Yanti SSi, Alfana, Annida, Taupan, Nuning, Fitma, Ahmad DS, Ari S., Dewi dan Erwin, serta teman-teman seperjuangan yang tidak dapat saya sebut satu persatu. Semoga disertasi ini dapat memberi manfaat bagi pihak yang memerlukan, dan semoga bimbingan serta semua kebaikan menjadi nilai ibadah di sisi Allah SWT, Amin Amin Yaa Robbal ‘Alamiien. Bogor, Februari 2008
Edwi Mahajoeno
@ Hak cipta milik Institut Pertanian Bogor, tahun 2008 Hak cipta dilingungi undang-undang 1) Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumber a) Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik atau tinjauan suatu masalah b) Pengutipan tidak merugikan kepentingan yang wajar Institut Pertanian Bogor 2) Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis dalam bentuk apapun tanpa ijin Institut Pertanian Bogor
PENGEMBANGAN ENERGI TERBARUKAN DARI LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT
EDWI MAHAJOENO
Disertasi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi Pengelolaan Sumberdaya Alam dan Lingkungan
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2008
RIWAYAT HIDUP
Edwi Mahajoeno, putra kedua dari tujuh bersaudara, Ayah Setyohadi Woerjanto dan Ibu Salmiyah, dilahirkan pada tanggal 25 Oktober 1960 di Surabaya, menikah tanggal 28 Januari 1988 dengan Siti Chalimah dan dikaruniai tiga anak, 2 putra dan 1 putri, Kautsar Hidayatullah (Surabaya, 14 Oktober 1988), Nashril Abdillah (Tuban, 15 April 1990), dan Aldilla Arifatunurrillah (Tuban, 21 Desember 1994). Penulis menyelesaikan pendidikan dasar dan menengah pertama di Sidoarjo, yaitu di SD Negeri Kedungrejo I (tahun 1972) dan SMP Negeri Taman (tahun 1975), dan melanjutkan di PPSP IKIP Surabaya (tahun 1979). Gelar sarjana Biologi diperoleh pada 1987, dari Fakultas Biologi Universitas Gajah Mada. Pada tahun 1994 mendapatkan gelar Magister Sains dari UGM Yogyakarta. Pada tahun 2002 melanjutkan studi pada jenjang Doktor (S3) program studi PSL Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor di Bogor. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Dirjen DIKTI melalui BPPS.
DAFTAR ISI
ABSTRACT RINGKASAN DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN
Halaman i iv vi vii viii
BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang 1.2. Tujuan Penelitian 1.3. Manfaat Penelitian 1.4. Kerangka Pemikiran 1.5. Permasalahan 1.6. Hipotesis 1.7. Kebaharuan
1 5 6 6 10 12 13
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pengelolaan Air Limbah PMKS 2.2. Teknologi Perombakan Anaerob 2.2.1. Prinsip-dasar proses perombakan anaerob 2.2.2. Faktor faktor berpengaruh pada perombakan anaerob 2.2.3. Beberapa faktor ketidak seimbangan proses perombakan anaerob 2.2.4. Keuntungan perombakan anaerob 2.3. Produksi Biogas 2.3.1. Kualitas biogas dan penjerapan 2.3.2. Pemanfaatan biogas 2.3.3. Penyimpanan biogas 2.3.4. Biogas sebagai sumber energi terbarukan
14 17 19 20 26 27 29 30 31 32 33
BAB III. OPTIMASI PRODUKSI BIOGAS DARI LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT SKALA LABORATORIUM....... Abstrak Abstract 1. Pendahuluan 2. Metode Penelitian 3. Hasil dan Pembahasan 4. Kesimpulan
36 36 36 37 40 43 64
BAB IV. PENGUKURAN EMISI GAS METAN DARI KOLAM LIMBAH CAIR PABRIK MINYAK KELAPA SAWIT (LCPMKS) Abstrak Abstract 1. Pendahuluan 2. Metode Penelitian 3. Hasil dan Pembahasan 4. Kesimpulan
66 66 66 67 69 72 95
BAB V. OPTIMASI PRODUKSI BIOGAS PADA DIGESTER ANAEROB KOLAM TERTUTUP (DAKT) SKALA PILOT Abstrak Abstract 1. Pendahuluan 2. Metode Penelitian 3. Hasil dan Pembahasan 4. Kesimpulan
96 96 96 97 100 103 122
BAB VI. PEMBAHASAN UMUM Fenomena hasil penelitian
123 139
BAB VII. KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan 7.2. Saran
143 143 145
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
146 156
DAFTAR TABEL Halaman 1.
Perkembangan konsumsi dan produksi CPO dunia
3
2.
Karakteristik LCPMKS PT Pinago Utama
44
3. 4.
Pengaruh jenis dan konsentrasi inokulum terhadap total produksi biogas skala laboratorium dengan waktu fermentasi 12 minggu Pengaruh penambahan NaOH dan Ca(OH)2 terhadap produksi biogas
46 48
5.
Pengaruh perbedaan pH substrat awal terhadap produksi biogas
49
6.
Pengaruh agitasi terhadap produksi biogas
50
7.
Pengaruh suhu substrat terhadap produksi biogas
51
8.
11.
Profil awal temperatur dan pH pada berbagai titik pengukuran kolam LCPKMS PT. Pinago Utama Monitoring rerata nilai COD, BOD, TS dan VS LCPMKS kolam anaerob dan kolam aerob selama 10 bulan Emisi gas metan, pH, dan suhu berbagai titik sampling kolam fakultatif anaerob Bahan organik berbagai titik sampling kolam fakultatif anaerob
85 85
12.
Ringkasan base line study kolam anaerob terbuka
88
13.
Rerata efisiensi pengurangan bahan organik 10 bulan pada kolam IVI areal pengelolaan LCPMKS Rerata hasil peningkatan kualitas biogas dalam persen sebelum dan sesudah penjerapan Perhitungan tekno-ekonomi pengelolaan LPCKMS digester anaerob kolam tertutup
9. 10.
14. 15.
74 83
90 92 121
DAFTAR GAMBAR . Halaman 1.
Bagan Alir pengembangan produksi biogas LCPMKS
9
2.
Digester anaerob sistem curah untuk produksi biogas skala laboratorium Interaksi jenis, konsentrasi inokulum dan waktu fermentasi terhadap produksi biogas Interaksi pemberian bahan penetral dan waktu fermentasi terhadap produksi biogas Interaksi pH awal dan waktu fermentasi terhadap produksi biogas
43
3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30.
Interaksi pemberian agitasi pada substrat dan waktu fermentasi terhadap produksi biogas Interaksi peningkatan suhu dan waktu fermentasi terhadap produsi biogas Pengaruh jenis dan konsentrasi inokulum terhadap efisiensi pengurangan COD Pengaruh jenis dan konsentrasi inokulum terhadap efisiensi pengurangan BOD Pengaruh jenis dan konsentrasi inokulum terhadap efisiensi pengurangan SS Pengaruh jenis dan konsentrasi inokulum terhadap efisiensi pengurangan TS Pengaruh NaOH dan Ca(OH)2 terhadap efisiensi penguranganTS Pengaruh NaOH dan Ca(OH )2 terhadap efisiensi pengurangan SS Pengaruh NaOH dan Ca(OH )2 terhadap efisiensi pengurangan Pengaruh NaOH dan Ca(OH )2 terhadap efisiensi pengurangan BOD Pengaruh pH substrat awal terhadap efisiensi pengurangan COD Pengaruh pH substrat awal terhadap efisiensi pengurangan BOD Pengaruh pH substrat awal terhadap efisiensi pengurangan TS Pengaruh pH substrat awal terhadap efisiensi pengurangan SS Pengaruh agitasi terhadap efisiensi pengurangan SS Pengaruh agitasi terhadap efisiensi pengurangan TS Pengaruh agitasi terhadap efisiensi pengurangan BOD Pengaruh agitasi terhadap efisiensi pengurangan COD Pengaruh suhu terhadap efisiensi pengurangan SS Pengaruh suhu terhadap efisiensi pengurangan TS Pengaruh suhu terhadap efisiensi pengurangan BOD Pengaruh suhu terhadap efisiensi pengurangan COD Denah lokasi percobaan di areal pengelolaan LCPMKS Visualisasi emisi biogas kolam II-B COD LCPMKS kolam fakultatif anaero (kolam I-III)
45 48 49 50 51
53 53 54 54 56 57 57 57 58 59 59 59 61 61 61 62 62 63 63 63 72 77 77
31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63.
COD LCPMKS kolam aerob (kolam IV-VI) BOD LCPMKS kolam fakultatif anaerob (kolam I-III) BOD LCPMKS kolam aerob (kolam IV-VI) Total solid (TS) LCPMKS kolam fakultatif anaerob (kolam I-III) Total solid (TS) LCPMKS kolam aerob (kolam IV-VI) Padatan tersuspensi (SS) LCPMKS kolam fakultatif anaerob (kolam I-III) Padatan tersuspensi (SS) LCPMKS kolam aerob (kolam IV-VI) Volatil solid (VS) LCPMKS kolam fakultatif anaerob (kolam I-III) Volatil solid (VS) LCPMKS kolam aerob (kolam IV-VI) Lokasi baseline study emisi gas metan kolam II-B Penampung emisi biogas kolam II-B berupa sungkup ukuran 4 m x 6 m x tinggi 0,65 m Kantong penyimpanan sementar emisi gas metan kolan anaerob II-B Efisiensi pengurangan COD LCPMKS selama 10 bulan Efisiensi pengurangan BOD LCPMKS selama 10 bulan Efisiensi pengurangan TS LCPMKS selama 10 bulan Efisiensi pengurangan SS LCPMKS selama 10 bulan Efisiensi pengurangan VS LCPMKS selama 10 bulan Tangki penjerab (scraber) untuk peningkatan kualitas biogas Tabung berkapasitas 36 liter berisi biogas dengan tekanan 8 bar (A). Kompresor (B) dan Kompor (C) dengan bahan bakar Konstruksi kerangka atap bioreaktor modifikasi (ADCL kolam I.1) Rancangan distribusi LCPMKS pada dasar kolam perombakan tertutup tampak atas Rancangan kolam digester anaerob tertutup tampak samping Kolam I.1 sebagai biogas plant modifikasi. Kualitas pH, COD, BOD, TS dan SS substrat bioreaktor persiapan awal operasi Optimasi laju pengumpanan terhadap produksi biogas dan suhu substrat Optimasi laju pengumpanan terhadap produksi biogas dan pH substrat Optimasi laju pengumpanan terhadap efisiensi pengurangan organik COD dan interaksi dengan pH substrat Optimasi laju pengumpanan terhadap efisiensi pengurangan organik COD dan interaksi dengan suhu substrat Optimasi laju pengumpanan terhadap produksi biogas dan efisiensi pengurangan organik substrat COD influen, efluen dan efisiensi perombakan substrat kolam I.1. BOD influen, efluen dan efisiensi perombakan substrat kolam I.1. SS influen, efluen dan efisiensi perombakan substrat kolam I.1. TS influen, efluen dan efisiensi perombakan substrat kolam I.1.
78 78 78 79 79 80 80 81 81 84 86 88 89 89 89 90 90 93 94 104 105 106 107 109 110 111
111 112 113 114 115 116 116
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 2
Naskah Publikasi Jurnal “Potensi Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa Sawit untuk Produksi Biogas Metode Analisis Penelitian
156 161
