START-UP DAN PERANCANGAN BIOREAKTOR ANAEROBIK UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DENGAN KONSENTRASI GARAM TINGGI
Oleh I NYOMAN BAGUS S F34104089
2008 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
ii
START-UP DAN PERANCANGAN BIOREAKTOR ANAEROBIK UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DENGAN KONSENTRASI GARAM TINGGI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh I NYOMAN BAGUS S F34104089
2008 FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR
iii
I Nyoman Bagus S. F34104089. Start-up dan Perancangan Bioreaktor Anaerobik Untuk Pengolahan Limbah Cair dengan Konsentrasi Garam Tinggi. Dibawah bimbingan Suprihatin dan Muhammad Romli. 2008. RINGKASAN Pengelolaan limbah industri diperlukan untuk meningkatkan pencapaian tujuan pengelolaan limbah baik itu berupa pemenuhan peraturan pemerintah, pencegahan perusakan lingkungan, serta untuk meningkatkan efisiensi pemakaian sumber daya. Pengolahan limbah cair industri berkadar garam tinggi seperti industri pengalengan ikan, MSG, dan kecap umumnya masih memiliki kendala dalam proses pendegradasian limbah cairnya. Salah satu kendalanya adalah tidak banyaknya mikroorganisme yang mampu bertahan pada kondisi yang ekstrim tersebut. Tujuan penelitian ini yaitu mengkaji kinerja bioreaktor anaerobik dengan konsentrasi garam tinggi dalam mengolah limbah cair dan mengetahui fenomenafenomena yang terjadi selama proses start-up bioreaktor, serta dapat melakukan perancangan bioreaktor berdasarkan nilai parameter kinetika yang didapatkan dari percobaan. Secara garis besar penelitian ini dapat dibagi menjadi 2 bagian, yaitu penelitian pendahuluan (analisis bahan, inokulasi, aklimatisasi) dan penelitian utama (proses sinambung, analisis effluent, penambahan nutrient, dan penambahan garam). Pada tahapan aklimatisasi, inokulum sebanyak 350 ml yang berasal dari lahan pengolahan garam diinokulasikan ke dalam bioreaktor anaerobik. Kemudian ditambahkan limbah cair (molases) hingga mencapai total volume kerja bioreaktor sebesar 3,5 liter. Sistem dijalankan dengan sistem curah, memiliki laju alir resirkulasi sebesar 2,6 l/hari, suhu pada kisaran 35-370C dan pH antara 6-7. Setelah mencapai keadaan tunak, sistem dilanjutkan pada tahapan sinambung. Laju alir resirkulasi yang digunakan 3,6 l/hari, laju alir umpan 2,5 ml/menit, dan HRT 1 hari. Metode penyajian data yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode deskriptif dengan menyajikan hasil pengamatan dalam bentuk tabel atau grafik dan kemudian dianalisis secara diskriptif. Parameter yang diamati adalah laju produksi gas, nilai COD, MLSS, MLVSS, dan parameter kinetika. Kestabilan dalam nilai COD removal dan laju produksi gas yang menjadi indikasi utama sistem telah mencapai keadaan tunak. Hasil penelitian menunjukkan, pada tahapan aklimatisasi bioreaktor memerlukan waktu selama 38 hari untuk mencapai keadaan tunak. Pada keadaan ini, bioreaktor anaerobik mampu menghasilkan total biogas sebesar 2,911 liter dan dapat menurunkan nilai COD sebesar 2400 mg/l atau sekitar 60,78%. Pada tahapan sinambung, selama 45 hari bioreaktor menghasilkan biogas secara kumulatif sebesar 43,135 liter. COD removal yang dicapai 60,71%. Nilai COD removal dan parameter kinetika yang didapat pada tahapan sinambung ini masih dibawah data sekunder maupun hasil penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya. Sehingga diperlukan penambahan nutrien agar sistem dapat berjalan secara optimum. Setelah dilakukan penambahan nutrien dengan
iv
komposisi yang pernah dilakukan oleh Bleeker (1991), peningkatan kinerja mencapai angka yang signifikan dimana COD removal mencapai rata-rata 78%. Setelah sistem dapat berjalan dengan cukup optimum, peningkatan laju beban dilakukan secara bertahap. Pada laju beban awal diberikan adalah rata-rata 5300 mg/l, kemudian ditingkatkan menjadi 11.000 mg/l dan 24.000mg/l. Peningkatan laju ini tidak terlalu berpengaruh pada kinerja bioreaktor yang tetap mampu beroperasi dengan kemampuan mereduksi COD sebanyak 85%. Setelah peningkatan laju beban penambahan garam untuk meningkatkan tingkat salinitas dilakukan untuk melihat kemampuan sistem dalam menghadapi konsentrasi yang tinggi. Kadar garam awal inokulum yang sebesar 32 mg/kg ditingkatkan menjadi 52 mg/kg. Keadaan ini ternyata tidak membuat bioreaktor mengalami penurunan kinerja, namun sebaliknya mikroorganisme yang telah teradaptasi di dalam bioreaktor mampu menurunkan COD awal sebesar 22.300 mg/l menjadi 1600 mg/l atau COD removal yang dicapai sebesar 93%. Jumlah produksi gas pun meningkat, rata-rata bioreaktor mampu menghasilkan 9,71 liter biogas per hari. Sehingga dapat dikatakan pada penelitian ini bioreaktor anaerobik yang dioperasikan dalam konsentrasi garam yang tinggi mampu beroperasi dengan cukup optimum. Sebagai ilustrasi, untuk perancangan bioreaktor anaerobik yang digunakan untuk penanganan limbah cair dengan laju alir 500 m3/hari, COD sebesar 5.000 mg/l menjadi COD 500 mg/l, diperlukan bioreaktor dengan volume 128,5 m3. Kata kunci : Pengolahan limbah cair, bioreaktor, anaerobik, kadar garam tinggi
v
I Nyoman Bagus S. F34104089. Start-Up and Scheme of Anaerobic Bioreactor for Wastewater Treatment with High Salt Concentration. Supervised by Suprihatin and Muhammad Romli. 2008. SUMMARY Processing of industrial wastewater with high salinity such as wastewater from industries of canning of fish, MSG (Mono Sodium Glutamate), and soybean ketchup still have constraints in wastewater treatment. One of the constraint is only several microorganism can live at the extreme condition (high salinity environment). The objectives of this research are, to study performance of bioreactor anaerobic for treatment of wastewater with high salt concentration and to know phenomena that happened during process of start-up bioreactor. This research work is divided into two main parts that the first part consists of material analysis, inoculation, and acclimatization. The second parts consist of process of continues, analyses effluent, addition of nutrient, and addition of salt. For acclimatization, inoculums of 350 ml from processing site of salt inoculated into bioreactor anaerobic. Then, it is added by liquid waste of diluted molasses until reaching totally volume of 3500 ml. System is firstly run with batch system with flow rate of recirculation of 2,6 l/day, temperature is 35-370 C and pH between 6-7. After reaching steady state condition, system is continued at step of continuous. Mode flow rate of recirculation used 3,6 l/day, feed flow rate of 2,5 ml/minute, and HRT (Hydraulic Retention Time) is one day. Yielded data of this research is analyzed descriptively and presented in the form of graph or tables. Parameters perceived from this research are production rate, COD removal, MLSS & MLVSS growth, and kinetics parameter. Stability in value of COD removal and gas production is considered as indication. Result that acclimatization bioreactor need time of 38 days to reach steady state. System can yield totally of biogas equal to 2,911 liters and can degrade value of COD equal to 2400 mg/l or about 60,78%. At the continuous operation during 45 day bioreactor yield biogas cumulatively equal to 43,135 liters, reached removal COD 60,71%. This is equivalent to a specific biogas production of 128,26 ml/g COD removed per day. COD removal is lower compared to the literature data and other research results which have been done previously. So, it is needed to add nutrients to increase the system performance. After added the nutrient with composition, which have been done by Bleeker (1991), performance of bioreactor is increase significantly, it showed by COD removal reached 78% with a specific gas production of 118,87 ml/g COD removed per day. The system is further operated with higher COD of 11.000 mg/l and than 24.000 mg/l. This improvement does not show any negative effect, and the performance of bioreactor COD removal is 85%. Additions of salt are done to see ability of the system in face of high concentration. Inoculums salinity which equal to 32 mg/kg improved to become 52 mg/kg. This situation do not decrease performance bioreactor, but on the contrary adaptation microorganism which have in bioreactor can degrade COD early equal to 22.300 mg/l become 1.600 mg/l or COD removal equal to 93%. Production
vi
even also mount, mean of bioreactor can yield 9,71 liters of biogas per day. A specific gas production of 133,44 ml/g COD removed per day can be achieved. As illustration, for the scheme of anaerobic bioreactor used for wastewater treatment of disposal with rate of flow 500 m3/day, COD from 5.000 mg/l to COD 500 mg/l, needed bioreactor with volume 128,5 m3 Keywords: Wastewater treatment, bioreactor, anaerobic, hypersaline.
vii
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR START-UP DAN PERANCANGAN BIOREAKTOR ANAEROBIK UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR DENGAN KONSENTRASI GARAM TINGGI
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknologi Industri Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor Oleh I NYOMAN BAGUS S F34104089 Dilahirkan pada tanggal 22 Mei 1986 di Jombang, Jawa Timur
Tanggal Lulus : 22 Agustus 2008 Menyetujui : Bogor, September 2008
Dr. Ir. Suprihatin, Dipl.-Ing. Dosen Pembimbing I
Dr. Ir. Muhammad Romli, Msc, St. Dosen Pembimbing II
viii
SURAT PERNYATAAN Saya yang bertanda tangan di bawah ini, Nama
: I Nyoman Bagus S
NRP
: F34104089
Departemen
: Teknologi Industri Pertanian (TIN)
Fakultas
: Teknologi Pertanian (FATETA)
Universitas
: Institut Pertanian Bogor (IPB)
menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Skripsi dengan judul “Start-up dan Perancangan Bioreaktor Anaerobik untuk Pengolahan Limbah Cair dengan Konsentrasi Garam Tinggi“ merupakan karya tulis saya pribadi dengan bimbingan dan arahan dari dosen pembimbing, kecuali yang dengan jelas disebutkan rujukannya. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya tanpa tekanan dari siapapun.
Bogor, Agustus 2008 Penulis,
I Nyoman Bagus S
ix
RIWAYAT HIDUP I Nyoman Bagus S lahir di Jombang pada tanggal 22 Mei 1986 dari ayah Wayan Widiartha dan ibu Lina Wahyu Indahyati. Penulis adalah anak bungsu dari 3 bersaudara. Penulis menempuh sekolah dasar di SDN 6 Dauh Puri Denpasar selama 6 tahun dari
1992-1998. Setelah lulus
pendidikan dasar, penulis melanjutkan pendidikan menengah pertama di SLTP N 6 Denpasar selama 3 tahun tahun 1998-2001. Setelah lulus pendidikan menengah pertama, penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMU 1 Jombang selama 3 tahun dari 2001-2004. Pada tahun 2004, penulis diterima di Institut Pertanian Bogor pada Departemen Industri Pertanian melalui jalur Ujian Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama menjadi mahasiswa IPB, penulis pernah aktif menjadi pengurus organisasi yaitu Ikatan Mahasiswa Jombang, BEM FATETA serta aktif dalam berbagai kepanitiaan seperti seminar dan pelatihan. Pada bulan Juli sampai Agustus 2007, penulis melaksanakan Praktek Lapangan di PT Riau Andalan Pulp and Paper, Pangkalan Kerinci, Riau pada Departemen Environment dengan topik “Mempelajari Aspek Penanganan dan Pengolahan Limbah di PT Riau Andalan Pulp and Paper”. Penulis melakukan penelitian untuk tugas akhir di Laboratorium Teknologi Industri Pertanian IPB mulai bulan Maret hingga Agustus 2008 dengan judul skripsi Start-up dan Perancangan Bioreaktor Anaerobik untuk Pengolahan Limbah Cair dengan Konsentrasi Garam Tinggi.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke Hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan kepada penulis, sehingga laporan akhir yang berjudul “Start-up Bioreaktor dan Perancangan Anaerobik untuk Pengolahan Limbah Cair dengan Konsentrasi Garam Tinggi” ini dapat penulis selesaikan. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Papa, Mama, Mba El, dan Mas Yon yang senantiasa memberikan doa, nasehat, serta dukungan moril dan material yang tak terhingga nilainya. 2. Dr. Ir. Suprihatin, Dipl.-Ing dan Dr. Ir. Mohamad Romli selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan pengarahan dan bimbingan dari awal persiapan hingga selesainya laporan akhir ini. 3. Dr. Ir. Sukardi, MM selaku dosen penguji yang telah banyak memberikan masukan dan bimbingan. 4. Seluruh staf dan dosen pengajar Departemen Teknologi Industri Pertanian IPB yang memberikan banyak pengetahuan mengenai agroindustri. 5. Bapak/ibu laboran yang telah banyak membantu dalam pelaksanaan penelitian. 6. Difna Zistra yang telah mengajarkan indahnya hidup. 7. Guntur, Erick, Wahyu, Didit, Gandhi, dan bapak-bapak di Iona yang sudah membantu dalam mengkondisikan situasi. 8. Bengbeng, Bewok, Oby, Ichsan, Samson, Omhe yang senantiasa khidmat dalam setiap pelaksanaan upacara. 9. Babeh, Bobby, Ade, dan teman-teman lab lainnya yang sudah menemani dalam perjuangan ini. 10. Athlon yang super canggih, terima kasih sudah setia menemani tanpa kenal lelah. 11. Seluruh teman-teman TIN’41 atas kebersamaannya, salut buat kalian semua. Mohon maaf atas pihak-pihak yang telah banyak membantu penulis namun tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas semua bantuannya,
