degradasi sampah buah tomat menggunakan sistem …
Post on 15-Oct-2021
5 Views
Preview:
TRANSCRIPT
DEGRADASI SAMPAH BUAH TOMAT MENGGUNAKAN
SISTEM BIOREAKTOR ANAEROBIK
SKRIPSI
Oleh
IKA PERTIWI
14040506005
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2018
Universitas Sumatera Utara
DEGRADASI SAMPAH BUAH TOMAT MENGGUNAKAN
SISTEM BIOREAKTOR ANAEROBIK
SKRIPSI
Oleh
IKA PERTIWI
140405005
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
OKTOBER 2018
Universitas Sumatera Utara
viii
DEDIKASI
Skripsi ini kupersembahkan
untuk : Mak dan Bapak
Tercinta
Bapak Kenedi dan Ibu Wiwik Sriyani
Orang tua yang sangat hebat, berjuang demi anak sulungnya.
Terima kasih sudah membesarkan, mendidik, memotivasi tiada
henti sampai aku bisa pada titik ini adalah berkat doa-doamu
yang tiada henti dalam setiap sujudmu. kesabaran dan arahan
darimu selama ini membuat aku kuat dalam setiap pencapaian
yang akan aku capai.
Untuk mu laki-laki terbaik yang pernah Allah
Berikan padaku
Alvin dan Alfan Setiawan
Thank you for everything, I love you, and I miss you so much
Dan untuk orang tua saya selama 7 tahun tinggal dimedan uwak
Ilyas dan Pak Suhardiman
Universitas Sumatera Utara
ix
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Ika Pertiwi
NIM : 140405005
Tempat/Tgl. Lahir : Lubuk Kambing/ 19 Oktober 1996
Nama orang tua : Kenedi dan Wiwik Sriyani
Alamat orang tua :
Desa Lubuk Kambing Kecamatan Ranah Mendaluh
Kabupaten Tanjung Jabung Barat, Kota Jambi
Asal sekolah:
SDN No 6/v Lubuk Kambing, tahun 2002-2008
SMPN 7 Merlung, tahun 2008-2011
SMAS Dharma Patra Pangkalan Berandan, tahun 2011-2014
Pengalaman organisasi/kerja:
1. Sekretaris Bidang Penelitian dan Pengembangan Himpunan Mahasiswa
Teknik Kimia (HIMATEK), 2017- 2018
2. Sekretaris Bidang Hubugan Masyarakat Covalen Study Group (CSG),
2016-2017
3. Ketua Umum Korps HMI-wati Komisariat Fakultas Teknik USU
periode 2016-2017
4. Kerja Praktek di PT Indonesia Asahan Aluminium (INALUM), Medan
16 Oktober-22 November 2017
Universitas Sumatera Utara
x
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, Puji dan syukur kami ucapkan kepada Allah SWT, karena atas berkat
dan rahmat-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan hasil penelitian ini
dengan judul “Degradasi Sampah Buah Tomat menggunakan Sistem
Bioreaktor Anarobik Berpenyekat”.
Selama pelaksanaan dan pembuatan laporan hasil penelitian ini, penulis dibantu oleh
banyak pihak, sehingga dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Ibu Ir. Maya Sarah, S.T., M.T., Ph.D selaku Dosen Pembimbing dan sekaligus
selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Sumatera Utara yang telah banyak memberikan ilmu dan arahan dalam
pelaksanaan dan penyelesaian laporan hasil penelitian ini.
2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, M.Si. selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Eng. Irvan, M.Si. dan Bapak Dr. Amir Husin, S.T., M.T.
selaku dosen pembanding hasil penelitian ini.
4. Ibu Dr. Erni Misran, S.T., M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia USU.
5. Seluruh dosen/staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik
Kimia
6. Nahlionny Ritman selaku mitra penelitian yang telah banyak medukung dan
membantu penulis dalam menyelesaikan laporan hasil penelitian ini.
7. Keluarga besar tersayang yang selalu memberi dukungan sehingga penulis
menjadi lebih semangat dalam mengikuti masa perkuliahan.
8. Keluarga Besar HMI14 Suci, Istaula, Raja, Faisal, Khairil, Arif, Apri, Jaya,
Bara, Halimah, Fauzi, Ivan, Rizki, Ridho, Mizi, Fajar yang sudah menjadi
teman susah maupun senang dalam menjalani kehidupan kampus.
9. HMI Komisariat Fakultas Teknik USU yang sudah menjadi wadah belajar
10. Sahabat-sahabat terbaik selama di Teknik Kimia yaitu Annisa Uswatun, Kana
Maulina Maha, Elviza Irawan, Rizki Sakinah, Said Hanif, Dannil Maha Putra,
Universitas Sumatera Utara
xi
Hamzah Arifin Sinambela, Ari Pramana, Alfikri Ramadhan, Alm. Rizki
Agusman yang selalu memberi semangat kepada penulis untuk menyelesaikan
skripsi ini.
11. Tim Kerja Praktik INALUM yang sama-sama berjuang Halimah Tussa’diah,
Ruri Rizki, Halimah Tusakdiyah, Rizki Ambara, Azza Wajalla.
12. Asisten Laboratorium Penelitian Rizki Harahap dan Tito yang sudah
membantu dalam pengambilan data penelitian.
13. Asisten Laboratorium Teknologi Mekanik Abang Sarjana, Abang Wanda,
Muarif, Rizki, Jaya, Fauzi, Bayu, Suci yang sudah membantu dalam membuat
dan memperbaiki alat penelitian.
14. Abang dan kakak senior, rekan-rekan mahasiswa angkatan 2014, serta adik-
adik junior di Teknik Kimia USU.
15. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu yang telah
membantu penulis baik langsung maupun tidak langsung dalam menyelesaikan
skripsi ini.
Penulis menyadari laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis
mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi
ini dapat memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Oktober 2018
Penulis
Ika Pertiwi
Universitas Sumatera Utara
xii
ABSTRAK
Permasalahan pengolahan sampah diperkotaan menjadi alternatif untuk pembuatan
biogas. Pengolahan secara anerobik lebih diminati uuntuk mengurangi emisi gas
rumah kaca dan menjadi sumber energy berkelanjutan. Penelitian ini bertujuan
untuk mengukur degradasi substrat untuk peoduksi biogas dari sampah buah dengan
variasi umpan 10%, 20% dan 30% w/v dengan masing-masing COD 81,6, 215 dan
237 g/L. Penelitian diawali dengan proses seeding dan aklimatisasi selama 10 hari.
Selanjutnya tahapan start up menggunakan bioreaktor anaerobik berpenyekat dengan
volume 35 liter. Bioreaktor ini dilengkapi dengan blender, mixer, dan pompa yang
bekerja selama 24 jam. Dari hasil penelitian ini diperoleh bahwa komposisi biogas
terbesar diperoleh pada umpan 30% w/v dengan COD 237 g/L sebanyak 50%
volume. Pada penelitian ini juga diperoleh kinetika laju pertumbuhan bakteri
berdasarkan persamaan Monod. Dengan Laju pertumbuhan maksimum (µmax)
terbesar pada umpan 20% w/v sebesar 0,15 dengan Ks sebesar27,55. Dan
perbandingan pemodelan menurunan subsrat menggunakan persamaan Monod dan
persamaan Orde satu diperoleh pendekatan terbaik antar kedua nya yaitu pada
konsentrasi awal 20% w/v (215 g/L COD) dan 30% w/v (237 g/L COD)
Kata kunci : biogas, bioreaktor anaerobik berpenyekat, persamaan Monod, sampah
buah tomat
Universitas Sumatera Utara
xiii
ABSTRACT
The problem of processing waste in the city becomes an alternative for the
manufacture of biogas. Anaerobic digestion wastes is of increasing interest in order
to reduce the greenhouse gas emissions and to facilitate a sustainable development of
energy supply. This study aims to measure the degradation of substrate for biogas
production from fruit waste with a variation inlet 10%, 20% and 30% w / v with
COD 81,6, 215 dan 237 g/L. The research begins with the seeding process and
acclimatization for 10 days. Then the start up step uses an anaerobic baffle bioreactor
with a volume of 35 liters. This bioreactor is equipped with a blender, mixer and
pump that works for 24 hours. From the results of this study it was found that the
largest biogas composition was obtained in feed 30% w / v with COD 237 g / L as
much as 50% volume. In this study also obtained bacterial growth kinetics based on
the Monod equation. With the maximum growth rate (µmax), the largest feed is 20%
w / v of 0.15 with Ks of 27.55. And the comparison of substrate decreasing modeling
using the Monod equation and the first order equation obtained the best approach
between the two, namely at an initial concentration of 20% w / v (215 g / L COD)
and 30% w / v (237 g / L COD)
Keywords: biogas, insulated anaerobic bioreactor, Monod equation, tomato waste
Universitas Sumatera Utara
xiv
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI .................................................................. i
PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI ........................................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN................................................................................... iii
DEDIKASI ............................................................................................................. iv
RIWAYAT HIDUP PENULIS ................................................................................ v
KATA PENGANTAR ......................................................................................... vi
ABSTRAK ............................................................................................................ vii
ABSTRACT ........................................................................................................... ix
DAFTAR ISI .......................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiv
DAFTAR LAMPIRAN xv
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 6
1.3 Tujuan Percobaan 7
1.4 Manfaat Percobaan 7
1.5 Ruang Lingkup Penelitian 8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 9
2.1 Sampah Organik Perkotaan 9
2.2 Potensi Tomat menjadi Biogas 10
2.3 Biogas 12
2.4 Tahapan Pembuatan Biogas 12
2.5 Anaerobic Baffle Reactor 15
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN 18
3.1 Lokasi Penelitian 18
3.2 Bahan dan Alat yang akan Digunakan 18
3.2.1 Bahan-bahan 18
3.2.2 Alat 18
Universitas Sumatera Utara
xv
3.2.2.1 Peralatan Utama ......................................................... 18
3.2.2.2 Peralatan Analisa ....................................................... 18
3.3 Prosedur Penelitian 19
3.3.1 Desain Reaktor ...................................................................... 19
3.3.2 Persiapan Bahan Baku ......................................................... 20
3.3.3 Persiapan Inokulum .............................................................. 20
3.3.4 Seeding ................................................................................. 20
3.3.5 Aklimatisasi .......................................................................... 21
3.3.6 Star Up Reaktor .................................................................... 21
3.4 Prosedur Analisa 21
3.4.1 Analisa pH 21
3.4.2 Analisis Analisa Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS) 21
3.4.3 Analisis Analisa Chemical Oxygen Demand (COD) ............. 22
3.4.4 Analisis Analisis Gas 22
3.5 Jadwal Penelitian 24
BAB VI HASIL DAN PEMBAHASAN 25
4.1 Karakteristik Limbah Tomat dan Inokulum 25
4.2 Pengaruh Konsentrasi Substrat Terhadap MLSS 25
4.3 Analisa Pengaruh pH 26
4.4 Kadar COD 27
4.5 Produksi Biogas 28
4.6 Penentuan Profil Kinetika Pertumbuhan Sel 29
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38
5.1 Kesimpulan 38
5.2 Saran 38
DAFTAR PUSTAKA 39
Universitas Sumatera Utara
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Proyeksi Peningkatan Kebutuhan Energi di Indonesia Berdasarkan
Sumber Energi 2
Gambar 2.1 Reaksi Hidrolisis .................................................................................. 13
Gambar 2.2 Reaksi Asidogenesis ............................................................................. 14
Gambar 2.3 Reaksi Metanogenesis .......................................................................... 14
Gambar 2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas ....................................................... 15
Gambar 2.5 Anaerobic Faffle Reactor .................................................................... 16
Gambar 3.1 Rancangan unit Sistem Bioreaktor Anaerobik .................................... 19
Gambar 3.2 Rancangan Peralatan Seeding ............................................................ 20
Gambar 4.1 Kurva Pertumbuhan Konsentrasi MLSS pada Setiap Konsentrasi
Umpan ................................................................................................ 26
Gambar 4.2 Kurva Perubahan nilai pH pada Konsentrasi MLSS pada Setiap
Konsentrasi Umpa .............................................................................. 27
Gambar 4.3 Kurva Perubahan nilai COD pada Setiap Konsentrasi Umpan .......... 28
Gambar 4.4 Persentase Produksi Biogas terhadap Konsnetrasi Umpan ................. 29
Gambar 4.5 Menentukan nilai Ks dan µmax pada konsentrasi umpan
(a) 81,6g/L; (b) 215 g/L dan (c) 237 g/L .............................................. 31
Gambar 4.6 Laju Pertumbuhan Spesifik Mikroba pada Setiap Konsentrasi
Umpan ................................................................................................ 33
Gambar 4.7 Menentukan nilai k pada konsentrasi umpan (a) 81,6g/L; (b) 215
g/L dan (c) 237 g/L ............................................................................ 35
Gambar 4.8 Penurunaan nilai COD teoritis dengan Simulasi Matlab .................... 37
Gambar C.1 Sistem Bioreaktor Anaerobik Berpenyekat ........................................ 56
Gambar C.2 Vial analisa Chemical Oxygen Demand (COD) ................................. 56
Gambar C.3 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) ....................... 57
Gambar C.4 Oven analisa COD .............................................................................. 57
Gambar C.5 Kertas Saring untuk Analisis MLSS .................................................... 58
Gambar C.6 Timbangan Analitik ............................................................................ 58
Gambar C.7 Desikator ............................................................................................. 59
Gambar C.8 Oven analisa MLSS ............................................................................ 59
Universitas Sumatera Utara
xvii
Gambar C.9 Botol Seeding ...................................................................................... 60
Gambar C.10 Gas detector ...................................................................................... 60
Universitas Sumatera Utara
xviii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.1 Potensi energi di wilayah Sumatera Utara 3
Tabel 1.2 Komponen Komposisi Sampah Pasar Setia Budi 5
Tabel 2.1 Potensi Limbah Pasar ............................................................................. 10
Tabel 2.2 Karakteristik Limbah Tomat ................................................................... 10
Tabel 2.3 Komponen Senyawa dalam Biogas ........................................................ 12
Tabel 2.4 Perbedaan sistem aerobik dan anarobik ................................................. 16
Tabel 3.1 Jumlah Sampel dan Reagen berdasarkan Volume Desgtion vessels ... 22
Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian ................................ 24
Tabel 4.1 Hasil Analisa Karekteristik Limbah Tomat dan Inokulum .................... 25
Tabel 4.2 Persaman Monod untuk Setiap Konsentrasi Umpan .............................. 32
Tabel 4.3 Perbandingan COD teori dan COD Praktek .......................................... 33
Tabel 4.4 Pemodelan penurunana Substrat dengan Persamaan Monod ................. 34
Tabel 4.5 Pemodelan penurunana Substrat dengan Persamaan Orde 1 .................. 36
Tabel A.1 Hasil Analisa Karekteristik Limbah Tomat dan Inokulum .................... 45
Tabel A.2 Data Hasil Analisa pH, MLSS dan COD .............................................. 45
Tabel A.3 Data Hsil Analisa Komposisi Biogas pada Setiap Konsentrasi Umpan 47
Tabel A.4 Data Perhitungan µ untuk Konsentrasi Umpam 81,6 /L ......................... 47
Tabel A.5 Data Perhitungan µ untuk Konsentrasi Umpam 215 g/L ........................ 47
Tabel A.6 Data Perhitungan µ untuk Konsentrasi Umpam 237 g/L .................... 48
Tabel A. 7 Data Reduksi COD untuk konsentrasi Umpan 81,6 /L .......................... 48
Tabel A.8 Data Reduksi COD untuk konsentrasi Umpan 215 g/L L ....................... 49
Tabel A.9 Data Reduksi COD untuk konsentrasi Umpan 237 g/L .......................... 50
Tabel A.10 Data Reduksi COD (2) dengan Konsentrasi Umpan 81,6 /L ................ 50
Tabel A.11 Data Reduksi COD (2) dengan Konsentrasi Umpan 215 g/L ............... 51
Tabel A.12 Data Reduksi COD (2) dengan Konsentrasi Umpan 237 g/L ............... 51
Tabel A. 13 Data Perhitungan nilai µ dengan Persamaan Monod ........................... 52
Universitas Sumatera Utara
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
L1.1 DATA HASIL KARAKTERISASI BAHAN BAKU L1-1
L1.2 DATA HASIL ANALISA KADAR GULA TEREDUKSI L1-1
L1.3 DATA HASIL PERHITUNGAN TOTAL GULA TERDUKSI L1-2
L1.4 DATA HASILYIELD GULA TEREDUKSI L1-4
L1.5 DATA HASIL KONSTANTA KECEPATAN REAKSI DAN R2 L1-5
L.1.6 DATA HASIL ENERGI AKTIVASI L1-6
L2.1 PERHITUNGAN BAHAN L2-1
L2.2 PERHITUNGAN KONSENTRASI GULA TEREDUKSI L2-2
L2.3 PERHITUNGAN ANALISA L2-3
L.2.4 PERHITUNGAN YIELD GULA TEREDUKSI L2-3
L.2.5 PERHITUNGAN PENENTUAN PROFIL KINETIKA L2-3
L3.1 FOTO BAHAN BAKU KULIT DURIAN L3-1
L3.2 FOTO RANGKAIAN ALAT HIDROLISIS L3-1
L3.3 FOTO HASIL HIDROLISAT L3-2
Universitas Sumatera Utara
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini dunia sedang dilanda krisis energi yang diakibatkan oleh
peningkatan kebutuhan energi. Pertumbuhan penduduk dapat menimbulkan
menipisnya sumber cadangan minyak dunia serta permasalahan emisi yang
ditimbulan bahan bakar fosil. Hal ini mendorong negara untuk melakukan
pencarian energi terbarukan.
Cadangan dan produksi bahan bakar minyak bumi (fosil) di Indonesia
mengalami penurunan 10% setiap tahunnya sedangkan tingkat konsumsi minyak
rata-rata naik 6% per tahun. Permasalahan yang terjadi di Indonesia saat ini yaitu
produksi bahan bakar minyak bumi tidak dapat mengimbangi besarnya konsumsi
bahan bakar minyak, sehingga Indonesia melakukan impor minyak untuk
memenuhi kebutuhan energi bahan bakar minyak setiap harinya [1].
Menurut data energi dan suber daya mineral (ESDM) cadangan minyak
Indonesia hanya tersisa sekitar 9 milliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa
ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini akan
habis dalam dua dekade mendatang. Untuk mengurangi ketergantungan terhadap
bahan bakar minyak pemerintah telah menerbitkan Peraturan Presiden Republik
Indonesia nomor 5 tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk
mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak.
Kebijakan tersebut menekankan pada sumber daya yang dapat diperbaharui
sebagai altenatif pengganti bahan bakar minyak [2].
Kebutuhan energi di Indonesia menurut dewan energi nasional (DEN)
tahun 2016 ditunjukkan pada gambar 1.1
Universitas Sumatera Utara
2
Gambar 1.1 Proyeksi peningkatan kebutuhan energi di Indonesia
berdasarkan sumber energi [3]
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa kebutuhan energi akan meningkat
pada tiap tahunnya. Dengan kebutuhan energy paling besar yaitu pada gas bumi
dari tahun 2015 sebesar 2.014 juta tonne of oil equivalent (TOE) hingga pada
tahun 2050 diperkirakan kebutuhan energi gas bumi mencapai 9.374 juta TOE.
Mengingat kebutuhan energi gas diIndodesia yang sangat besar, diperlukan untuk
mencari sumber energi alternatif. Sumber-sumber energi terbarukan merupakan
sumber energi yang bersih dan ramah lingkungan (clean energy). Untuk
Indonesia, sumber-sumber energi terbarukan cukup berlimpah. Potensi energi di
wilayah Sumatera Utara dapat di lihat pada tabel 1.1
Universitas Sumatera Utara
3
Tabel 1.1 Potensi energi di wilayah Sumatera Utara (1) [3]
Jenis sumber
daya energi
Sumber daya
(MW) Pemanfaatan
Tenaga air 3.808,0
Tenaga air yang berlimpah baru
dimanfaatkan secara luas di pulau Jawa,
di mana telah dibangun sejumlah
bendungan besar yang dilengkapi dengan
pembangkit listrik tenaga air. Namun
demikian, tenaga listrik yang dihasilkan
masih belum mencukupi kebutuhan.
Sementara itu, masih banyak sumber-
sumber tenaga air berupa sungai-sungai
besar di luar pulau Jawa yang belum
dimanfaatkan [4].
Panas bumi 434 .0
Energi panas bumi yang berasal
peluruhan radioaktif dari mineral.
Gradien panas bumi, yang didefinisikan
dengan perbedaan temperatur antara inti
bumi dan permukaannya, mengendalikan
konduksi yang terus menerus terjadi
dalam bentuk energi panas dari inti ke
permukaan bumi. Perbedaan temperatur
di dua tempat yang berbeda
menghasilkan tekanan udara yang
berbeda, sehingga menghasilkan angin.
Angin adalah gerakan materi (udara) dan
telah diketahui sejak lama mampu
menggerakkan turbin. Turbin angin
dimanfaatkan untuk menghasilkan energi
kinetik maupun energi listrik [5]
Universitas Sumatera Utara
4
Tabel 1.1 Potensi energi di wilayah Sumatera Utara (2) [3]
Jenis sumber
daya energi
Sumber daya
(MW) Pemanfaatan
Tenaga surya 11.851,0
Energi surya adalah energi yang
dikumpulkan secara langsung dari cahaya
matahari. Tentu saja matahari tidak
memberikan energi yang konstan untuk
setiap titik di bumi, sehingga
penggunaannya terbatas. Sel surya sering
digunakan untuk mengisi daya baterai, di
siang hari dan daya dari baterai tersebut
digunakan di malam hari ketika cahaya
matahari tidak tersedia [5].
Bioenergi 2.911,6
Bioenergi merujuk pada produksi energi
berbasis biomassa. Bentuknya beragam
dari bahan bakar nabati cair hinga bahan
bakar nabati padat. Biomassa dapat
dimanfaatkan untuk pembangkit listrik
bahan bakar transportasi atau penghasil
panas. Potensi pengembangan bioenergi
diasumsikan signifikan, mengingat secara
teoritis jutaan hektare dapa dimanfaatkan
untuk memproduksi beragam jenis
biomassa, baik sebagai residu ataupun
produk alternatif [6].
Energi biomassa telah ada sejak lama sebelum orang berbicara tentang
energi terbarukan atau sumber energi alternatif. Gas ini berasal dari berbagai
macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan
dapat dimanfaatkan menjadi energi melalui proses anaerobic digestion. Proses ini
Universitas Sumatera Utara
5
merupakan peluang besar untuk menghasilkan energi alternatif sehingga akan
mengurangi dampak penggunaan bahan bakar fosil [7].
Biogas merupakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan dan
terbarukan, dapat dibakar seperti gas elpiji (LPG), dan dapat digunakan sebagai
sumber energi penggerak generator listrik [8]. Keuntungan dari biogas adalah dari
aspek energi dan lingkungan serta pertimbangan ekonomi mampu
mengefisinsikan energi serta mengatasi sumber energi terbarukan. Hal ini
diperlukan untuk menciptakan sebuah sistem produksi dan pemanfaatan biogas
yang kompleks untuk energi [9]. Aplikasi anaerobic digestion akan
meminimalkan efek limbah yang mengakibatkan racun dan bahaya serta
meningkatkan nilai manfaat dari limbah. Selain keuntungan energi yang didapat
dari proses anerobic digestion dengan menhasilkan gas bio, produk samping
seperti sludge. Material ini diperoleh dari sisa anaerobic digestion yang berupa
padat dan cair [10].
Bahan biomassa limbah seperti sayuran yang busuk atau dibuang dari
pasar dan bahan makanan merupakan sumber penting untuk produksi biogas yang
berkelanjutan. Biogas adalah produk diperoleh dari proses anaerobic digestion
bahan biomassa. Anaerobic digestion banyak digunakan sebagai metode alternatif
untuk pembuangan limbah biomassa karena kinerjanya yang tinggi dalam hal
stabilisasi limbah dan generasi biogas. Metode yang disebut uji anorganik
biodegradabilitas dikembangkan untuk menentukan tingkat dan konversi akhir
substrat organik menjadi biogas [11].
Universitas Sumatera Utara
6
Tabel 1.2 Komponen Komposisi Sampah [13]
Jenis Sampah Berat kg %
Sayuran 203.7565 68.90
Buah 120.3968 23.08
Ikan, ayam, daging dll 35.2636 6.76
Plastik 74.4916 14.28
Kertas 50.1306 9.61
Kaca 12.1544 2.33
Kayu dll 25.6130 4.91
Berdasarkan tabel 1.2 dapat dilihat bahwa jenis sampah buah termasuk
golongan kedua yang paling besar. Pada penelitian Hamidah, 2017 menyatakan
bahwa 1 ha kebun tomat akan menghasilkan 16.080 kg buah tomat ssegar dengan
4x panen dalam setahun. Akibat penanganan kurang baik pasca panen
mengakibatkan kerusakan ada tanaman hortikultura mencapai 20%-50% ketangan
konsumen[14].
Dari data diatas dapat dilihat bahwa buah tomat termasuk salah satu
komoditas horikultura merupakan salah satu sampah yang besar akibat
pembusukan buah tomat sebelum ketangan konsumen, oleh karena untuk
menangani sampah buah tomat itu perlu dilakukan pemanfaatan sampah buah
tomat busuk untuk dijadikan biogas sebagai salah satu alternatif energi terbarukan.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan pendahuluan diatas limbah buah tomat menjadi peluang
besar untuk dijadikan biogas. Kandungan lemak, karbohidrat dan protein pada
tomat yang cukup besar sekaligus peluang sampah buah tomat yang besar karena
produk hortikultura mencapai 20%-50% kehilangan hasil panen.
Universitas Sumatera Utara
7
Anaerobic digestion merupakan proses biomaterial melalui proses
fermentasi yang mengubah bahan organik menjadi biogas, yang sebagian besar
metana (60%) dan karbon dioksida (40%) menjadi biogas. Mengkonversi metana
menjadi CO2 dan air dengan proses pembakar dinilai bersih dari perspektif gas
rumah kaca (GRK), karena metana merupakan penghasil gas rumah kaca yang
jauh lebih kuat dari CO2 [16].
Beberapa penelitian sebelumnya mengunakan tomat sebagai bahan baku
seperti Alnakeeb, dkk (2017) dengan metode anaerobic digestion batch,
mempelajari pengaruh kadar air pada limbah tomat yang dibuang di kota
Babilonia untuk meningkatkan produksi biogas sekitar 198 ml/g – 231 ml/g.
Lawal, dkk (2015) dengan metode anaerobic digestion menggunakan akumulasi
dengan persamaan Gompertz dan pertumbuhan logistik membahas pengaruh
konsentrasi subsatrat terhaap laju produksi dan akumulasi bigas menghasilkan
pertumbuhan logistik mensimulasikan akumulasi produksi biogas lebih baik dari
pada Gompertz dan plot kenaikan eksponensial orde pertama Produksi biogas
biodeigester1 = 0,01835 Nm3/kg VS, biodeigester2 = 0,02134 Nm
3/kg VS dan
biodeigester3 = 0,02365Nm3/kg VS.
.Adapun penelitian dengan menggunakan anaerobic baffle reactor
(ABR) seperti Ramandeep (2016) membahas tentang reaktor anaerobik memiliki
keuntungan mempertahankan konsentrasi biomassa yang tingi dan Kebutuhan
energi cukup rendah karena tidak ada kebutuhan pasokan oksigen, lumpur yang
dihasilkan lebih stabil. Yu,dkk (2013) membahas kinerja dan Stabilitas ABR
dalam pengolahan air alga-sarat dari danau taihu, kinerja reaktor dalam
pengamatan hasil biogas yang meningkat dengan meningkatnya organic Loading
rate (OLR) dengan menghasilkan kelayakan penggunaan alga untuk
menghasilkan biogas dalam reaktor saringan anaerobik dengan mikroorganisme.
Oleh karena itu, yang menjadi perumusan masalah dalam penelitian ini
adalah bagaimana memanfaatkan sampah dari pasar terkhsunya limbah buah
tomat untuk menjadi biogas dengan menggunakan reaktor berpenyekat (ABR)
untuk menghasilkan biogas dari sampah tumbuhan perkotaan. ABR lebih mudah
untuk digunakan karena reaktor ini dibatasi oleh sekat sekat vertikal untuk
mengatur jalannya aliran dan menahan sejumlah lumpur berkonsentrasi tinggi.
Universitas Sumatera Utara
8
1.3 Tujuan Penelitian
Secara umum penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses
pengolahan sampah organik melalui proses biokonversi anaerobik menggunakan
bioreaktor anaerobik berpenyekat. Secara khusus penelitian ini bertujuan untuk:
a. Menentukan tingkat konversi sampah buah tomat menjadi biogas dengan
menggunakan reaktor anaerobik berpenyekat.
b. Menentukan kinetika pertumbuhan sel dalam proses pembentukan biogas
dengan reaktor anaerobik berpenyekat.
c. Menentukan penurunan substrat secara teori
1.4 Manfaat Penelitian
Studi mengenai proses pengolahan sampah organik melalui proses
biokonversi anaerobik menggunakan bioreaktor anaerobik berpenyekat dalam
skala laboratorium ini perlu dilakukan untuk membantu Pemerintah Kota Medan
mengatasi masalah persampahan di Kota Medan. Melalui penelitian ini sampah
tumbuhan akan dikonversi menjadi energi. Kedepannya penelitian ini diharapkan
dapat memberi solusi penanganan sampah organik perkotaan sekaligus
memproduksi biogas yang dapat digunakan sebagai pembangkit listrik atau untuk
keperluan rumah tangga.
1.5 Ruang Lingkup Percobaan
Penelitian pembuatan biogas dari sampah buah tomat perkotaan menggunakan
sistem bioreaktor anaerobik ini akan dilaksanakan di Laboratorium Penelitian,
Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Hal
yang ingin diamati disini adalah pengaruh pengadukan umpan terhadap laju
produksi biogas dengan variabel:
Variabel tetap : Perbandingan substrat : mikroorganisme = 2:1 v/v
Variabel berubah : Konsentrasi = 10% w/v (81,6 g/L COD)
20% w/v (215 g/L COD)
30% w/v (237 g/L COD)
Universitas Sumatera Utara
9
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah pH meter, oven, kertas
saring, neraca elektrik, desikator, buret, erlenmeyer, hot plate, vial, statif dan
klem, gas detector.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi bahan baku sampah
buah tomat yang didapat dari Pasar Sore Jamin Ginting. Sedangan alat-alat yang
digunakan adalah blender, mixer dengan pengaduk jenis hellical ribbon,
bioreaktor anaerobik berpenyekat, pompa, gas collector. Selain itu digunakan juga
bahan-bahan kimia untuk keperluan analisis kandungan bahan organik dalam
umpan ke bioreaktor, pH, MLSS, COD effluent, komposisi biogas, yaitu
mikroorganisme kultur campur bakteri anaerobik, air, HgSO4, K2Cr2O7, H2SO4,
(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O (FAS), Ag2SO4, indikator ferroin.
Analisa yang dilakukan dalam penelitian ini adalah analisa pH,
MLSS,COD effluent, uji nyala dan komposisi biogas.
Universitas Sumatera Utara
10
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Sampah Organik Perkotaan
Sampah merupakan bahan buangan yang dianggap tidak berguna lagi
namun perlu dikelola agar tidak membahayakan lingkungan dan kesehatan
masyarakat. Sampah (limbah padat) adalah segala bentuk limbah yang
ditimbulkan dari kegiatan manusia maupun binatang yang biasanya berbentuk
padat dan secara umum sudah dibuang, tidak bermanfaat atau tidak dibutuhkan
lagi .Berdasarkan target Millenium Development Goals (MDGs) pada tahun 2015
tingkat pelayanan persampahan ditargetkan mencapai 80%. Namun di Indonesia
berdasarkan data BPS hanya 41,28% sampah yang dibuang ke tempat
pembuangan sampah (TPA), dibakar sebesar 35,59%, dibuang ke sungai 14,01%,
dikubur sebesar 7,79% dan hanya 1,15% yang diolah sebagai kompos [19].
Sayur merupakan salah satu tanaman produktif pertanian. Biomassa organik
sayur begitu melimpah. Produksi sayur (primer) di dunia ditaksir oleh food
agriculture organization (FAO) sebanyak 1.106.133.866 ton per tahun. FAO dan
Badan Pusat Statistik dan Direktorat Jenderal Hortikultura memperkirakan
produksi sayur di Indonesia mencapai 10.507.836 ton per tahun. Melihat kondisi
melimpahnya produksi sayur di Indonesia, hal tersebut juga diiringi dengan
potensi produk untuk menjadi sampah. Hal ini dikarenakan sayur merupakan
bahan makanan yang mudah rusak. Salah satu penyebabnya adalah kandungan air
yang tinggi yaitu berkisar 85-95%, sehingga sangat baik untuk pertumbuhan
mikroorganisme dan percepatan reaksi metabolisme [20].
Permasalahan pengelolaan sampah tersebut dapat diminimalkan dengan
menerapkan pengelolaan sampah yang terpadu (Integrated Solid Waste
Management/ISWM), diantaranya waste to energy atau pengolahan sampah
menjadi energi . Salah satu bentuk energi yang dihasilkan dari sampah adalah
biogas, yaitu energi terbarukan yang dibuat dari bahan buangan organik berupa
sampah, kotoran ternak, jerami, eceng gondok serta bahan lainnya. Pemanfaatan
sampah dan bahan organik lain sebagai penghasil biogas dapat mengurangi
jumlah sampah organik yang diangkut ke TPA dan dapat mengurangi emisi gas
Universitas Sumatera Utara
11
metan sekaligus mengurangi risiko pemanasan global. Selain itu, residu dari
proses pembuatan biogas merupakan bahan yang ramah lingkungan dan dapat
dimanfaatkan sebagai pupuk organik [21].
Adapun limbah tomat merupakan salah satu sampah organik yang
dimungkinkan menjadi tempat hidup beberapa jenis mikro-organisme. Limbah
tomat dapat digunakan sebagai media biakan (inokulan) bagi mikrobia tertentu
yang mampu mendegradasi bahan-bahan organik, sehingga limbah yang
terkontaminasi atau ditumbuhi mikrobia tertentu [22].
2.2 Potensi Tomat Menjadi Biogas
Tomat (Lycopersicum esculentum) adalah tumbuhan dari keluarga
Solanaceae yang memiliki siklus hidup singkat, dapat tumbuh setingi 1 sampai 3
meter. Tomat sangat bermanfaat bagi tubuh karena mengandung vitamin dan
mineral yang diperlukan untuk pertumbuhan dan kesehatan.
Pigmen merah pada buah tomat, likopen yang merupakan antioksidan dan
juga mengandung jumlah subtansial vitaminA asam askorbat dan potassium.
Mayoritas varietas tomat bervariasi dalam zat larut air dari 4,5-7,0%. Mayoritas
merupakan fruktosa atau glukosa. Asam sitrat adalah asam utama dalam h=jus
tomat. Sejumlah besar senyawa volatil diketahui muncul pada tomat diantaranya
karbonil, alkohol, ester, lakton, aseral, ketal dan sulfur.
Kandungan nutrisi buah tomat dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel 2.1 Potensi Limbah Pasar [23]
Komoditas Jumlah pemasokan
(ton/minggu) penyusutan
Potensi menjadi
Limbah (ton/minggu)
Kol bulat 757,5 20 151,5
Kembang kol 29,5 25 5,9
Tomat 574,5 10 115,0
Wartel 269,5 8 54
Tabel 2.2 Karakteristik Sampah Tomat [24]
Parameter pH Kadar air
(%w/w)
Total Solid
(%w/w)
Volatil Solid
(%VS/TS)
Selulosa
(%)
Hemiselulosa
(%) Lignin (%)
Sampah
tomat 4,6 73,66 26,33 94,68 13,2 2,2 8,2
Universitas Sumatera Utara
12
Sebuah survei dilakukan untuk mengidentifikasi sayuran yang lebih mudah
busuk dalam waktu 48 jam setelah panen diikuti oleh brinjal (65%), wortel (55%),
labu ular (37%), eceng gondok kacang-kacangan (30%), kacang-kacangan (27%)
dan jari perempuan (22%) Dari hasil analisis, ditemukan bahwa tomat, brinjal dan
wortel adalah sayuran busuk yang lebih cepat dan mereka dipilih untuk
pencernaan anaerobik proses. Limbah nabati olahan itu dianalisis untuk kadar
airnya, kadar abu, total padatan, padatan volatil dan asam lemak volatil (VFA) isi
dan ditemukan bahwa semua isinya kecuali kadar air dan VFA lebih tinggi wortel
bila dibandingkan dengan tomat dan brinjal. Sana tidak ada perbedaan yang
signifikan dalam asam lemak volatil isi di ketiga sayuran pilihan. Pencernaan
anaerobik, yang membutuhkan kelembaban tinggi isi untuk rezeki bakteri metana,
merupakan alternatif yang disukai untuk pemulihan energi dari sampah organik
[25].
Proses pengolahan secara anaerobik pada awalnya digunakan untuk
mengolah limbah domestik dan kotoran hewan. Mengingat biogas yang dihasilkan
dari proses penguraian secara anaerobik ini memiliki nilai kalor yang cukup tinggi
(5000 – 5500 kcal/kg), saat ini pemanfaatan proses ini telah berkembang luas
seperti untuk pengolahan limbah industri dan limbah perkotaan termasuk sampah.
Biodegradabilitas menjadi penting terutama bila biomassa dari tanaman
digunakan sebagai substrat dalam digester anaerobik seperti misalnya jerami padi,
kulit kopi, fraksi organik sampah, dan limbah industri pertanian. Penguraian
biomassabiomassa tersebut umumnya lambat dan memerlukan waktu yang lama
di dalam digester. Hal ini terutama karena kandungan lignosellulosa yakni
polimerpolimer yang resisten terhadap proses degradasi biologik dari bahan-bahan
tersebut [26].
Teknologi ini memanfaatkan mikroorganisme yang tersedia di alam untuk
merombak dan mengolah berbagai limbah organik yang ditempatkan pada ruang
kedap udara (anaerob). Hasil proses perombakan tersebut dapat menghasilkan
pupuk organik cair dan padat bermutu berupa gas yang terdiri dari gas metana
(CH4) dan gas karbon dioksida (CO2). Gas tersebut dapat dimanfaatkan menjadi
bahan bakar gas (BBG) yang biasa disebut dengan biogas [27].
Universitas Sumatera Utara
13
2.3 Biogas
Biogas merupakan salah satu solusi teknologi energi untuk mengatasi
kesulitan masyarakat akibat kenaikan harga bahan bakar minyak (BBM),
teknologi ini bisa segera diaplikasikan, terutama untuk kalangan masyarakat
pedesaan yang memelihara hewan ternak sapi. Masyarakat pedesaan belum
mampu memanfaatkan limbah kotoran ternak sebagai penghasil energi alternatif
(terbarukan) pengganti kayu dan BBM, dimana kegiatan mereka sangat
tergantung pada BBM dan kayu baik untuk memasak maupun penerangan. Hal ini
sangat berdampak terhadap pendapatan dari masyarakat desa (peternak) itu sendiri
[28].
Teknologi biogas adalah transformasi dari limbah organik oleh bakteri
metanogenik melalui fermentasi anaerobik untuk menghasilkan biogas, misalnya
metan (CH4) [29]. Komposisi biogas yang dihasilkan dari fermentasi tersebut
terbesar adalah gas Methan (CH4) sekitar 54-75% serta gas karbondioksida (CO2)
sekitar 27-45%. Komponen senyawa yang terdapat dalam biogas dapat dilihat
pada tabel berikut :
Tabel 2.2 Komponen Senyawa dalam Biogas [30]
Komponen %
Metana (CH4) 55-75
Karbondioksida (CO2) 25-45
Nitrogen (N) 0-0,3
Hidrogen (H) 1-5
Hidrogen Sulfida (HS) 0-5
Oksigen (O) 0,1-0,5
2.4 Tahap Pembuatan Biogas
Proses pembentukan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses
terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob di dalam suatu digester sehingga
akan dihasilkan gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) yang volumenya
Universitas Sumatera Utara
14
lebih besar dari gas Hidrogen (H2), gas Nitrogen (N2), dan gas Hidrogen Sulfida
(H2S). Proses fermentasi memerlukan waktu 7 sampai 10 hari untuk menghasilkan
biogas dengan suhu optimum 350C dan pH optimum pada range 6,4-7,9. Bakteri
pembentuk biogas yang digunakan yaitu bakteri anaerob seperti
Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus, dan Methanosarcina [31].
Reaksi pembentukan biogas (gas metan) sebagai berikut:
1. Reaksi Hidrolisis
Pada tahapan hidrolisis enzim yang disekresikan oleh baktei fermentasi
akan mengubah bahan kompleks tidak terlarut menjadi senyawa kurang
kompleks yang terlarut yang dapat melewati dinidng sel dan membran bakteri
fermentasi [32].
Kelompok bakteri anaerobik memecah molekul organik komplek (protein,
cellulose, lignin, lipids) menjadi molekul monomer yang terlarut seperti asam
amino, glukosa, asam lemak, dan gliserol. Molekul monomer ini dapat langsung
dimanfaatkan oleh kelompok bakteri berikutnya. Hidrolisis molekul komplek
dikatalisasi oleh enzim ekstra seluler seperti sellulase, protease, dan lipase.
Walaupun demikian proses penguraian anaerobik sangat lambat dan menjadi
terbatas dalam penguraian limbah sellulolitik yang mengandung lignin [33]
(C6H10O5)n (s) + nH2O (l) nC6H12O6 (1)
Selulosa air glukosa
(C6H10O5)n (s) + nH2O (l) nC6H12O6 (2)
Karbohidrat air glukosa
Gambar 2.1 Reaksi Hidrolisis [34]
2. Reaksi Asidogenesis
Monomer yang diproduksi dalam fase hidrolitik akan terdegradasi lebih
lanjut menjadi asam organik rantai pendek, seperti asam butirat, asam propanoat,
asam asetat, alkohol, hidrogen dan karbon dioksida. Secara umum, fase ini
mengubah gula sederhana asam lemak dan asam amino menjadi asam organik dan
alkohol. Produk dalam fase asidogenik adakn dikonsumsi sebagai substrat untuk
mikroorganisme yanng lain. Produk yang tidak bisa dikonversi langsung menjadi
metana oleh bakteri metanogenik diubah menjadi substrat metanogenik, asam
lemak volatil dan alkohol [35].
Universitas Sumatera Utara
15
Bakteri asidogenik (pembentuk asam) seperti Clostridium merubah gula,
asam amino, dan asam lemak menjadi asam organik (seperti asam asetat,
propionik, formik, lactik, butirik, atau suksinik), alkohol dan keton (seperti etanil,
metanol, gliserol, aseton), asetat, CO2 dan H2. Asetat adalah produk utama dalam
fermentasi karbohidrat. Hasil dari fermentasi ini bervariasi tergantung jenis
bakteri dan kondisi kultur seperti temperatur, pH, potensial redok [33].
-n (C6H12O6) 2n (C2H5OH) + 2n CO2 (g) + Kalor (3)
Glukosa etanol karbondioksida
2n (C2H5OH)(aq) + nCO2 2n (CH3COOH) (aq) + nCH4(g) (4)
Etanol karbondiksida asam asetat metana
Gambar 2.2 Reaksi Asidogenesis [34]
3. Reaksi Metanogenik
Pada tahap ini, bakteri metanogenik membentuk gas metana secara perlahan
anaerob. Bakteri penghasil asam dan gas metan bekerja secara simbiosis. Bakteri
penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal untuk bakteri penghasil
metan, sedangkan bakteri pembentuk gas metan menggunakan asam yang
dihasilkan bakteri penghasil asam. Proses ini berlangsung selama 14 hari dengan
suhu 25oC hingga 35
oC di dalam digester. Pada proses ini akan dihasilkan 70%
CH4, 30 % CO2, sedikit H2 dan H2S [35].
Bakteri metanogen hidrogenotropik (seperti: chemolitotrof yang
menggunakan hidrogen) merubah hidrogen dan karbon dioksida menjadi metan.
Bakteri metanogen yang menggunakan hidrogen membantu memelihara tekanan
parsial yang sangat rendah yang dibutuhkan untuk proses konversi asam volatil
dan alkohol menjadi asetat. Bakteri metanogen Asetotropik, atau biasa disebut
sebagai bakteri asetoklastik atau bakteri penghilang asetat, merubah asam asetat
menjadi metan dan CO2 [33].
2n (CH3COOH) 2n CH4(g) + 2n CO2(g) (5)
Asam asetat gas metana gas karbondioksida
Gambar 2.3 Reaksi Metanogenik [34]
Universitas Sumatera Utara
16
Adapun mekanisme pembentukan biogas adalah sebagai berikut :
Polimer kompleks
Gambar 2.4 Mekanisme Pembentukan Biogas [36]
2.5 Anaerobic Baffled Reactor (ABR)
Anaerobic baffled reactor (ABR) adalah desain anaerobik yang
dikembangkan oleh McCarty dan rekan kerja di Universitas Stanford . reaktor ini
disarankan untuk pengolahan limbah air industri. ABR menggunakan penyekat
vertikal untuk membuat limbah mengalir kebawah dan airnya mengalir diatas air
limbah dapat terkontak dengan sejumlah besar biomassa aktif, sementara limbah
tetap relatif bebas dari padatan biologis. Selain itu, fitur ABR dalam memisahkan
asidogenesis dan metanogenesis secara longitudinal di bawah reaktor dan
meningkatkan stabilitas reaktor [37].
Secara khusus ABR memiliki keunggulan dibandingkan dengan reaktor
lainnya yaitu mampu memisahkan fasa karena karakteristik desain reaktornya[38].
Pengolahan limbah secara anaerobik akan menghasilkan biogas yang terdiri dari
CO2 dan CH4. Fraksi metana bervariasi tergantung substrat yang terkandung di
Hidrolisisi
karbohidrat Lemak
Asam amino, gula Asam lemak,
alkohol
Produk perantara
(propionate, butirate, dll)
Asetat Hidrokarbon,
CO2
Metan, CO2
Protein
Fermentasi Oksidasi
anaerobik
Homoasetongenesis
Universitas Sumatera Utara
17
dalam limbah, tetapi pada umumnya berkisar antara 0,2-0,7. Produksi gas juga
tergantung pada kinerja bakteri metanogen yang dipengaruhi oleh pH, suhu,
kandungan nutrien, keberadaan faktor penghambat dan waktu retensi [39].
Perbedaan menggunakan sistem anaerobik dan aerobik dapat dilihat pada tabel 2.3
Tabel 2.3 Perbedaan sistem aerobik dan anarobik [40]
Kriteria Aerobik Anaerobik
Kemampuan mereduksi
BOD = 80-95%
COD = 70-90%
BOD = 70-80%
COD = 60%
Kualitas buangan BOD rendah BOD tinggi
Produksi sludge Besar Kecil
Kemampuan unsur hara N turun, P tetap N dan P tetap
Energi Membutuhkan Menghasilkan
Biaya aerasi Mahal Tidak ada
Adapun gambar ABR tersebut dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Anaerobic Baffle Reactor (ABR)
Bioreaktor berpenyekat anaerob mempunyai distribusi biomassa relatif
seragam dalam sistem disebabkan oleh laju volumetrik yang tinggi dan pengaruh
pelepasan biogas yang menyebabkan efek turbulensi terhadap sistem. Aliran
limbah diarahkan menuju ke bagian bawah hanging baffle lalu melewati bagian
Universitas Sumatera Utara
18
atas dari standing baffle, akibat dari adanya tekanan dari umpan masuk sehingga
air limbah dapat mengalir dari ruang awal menuju ruang berikutnya. Pada saat
aliran keatas, aliran melewati sludge blanket sehingga limbah dapat kontak
dengan mikroorganisme aktif. Reaktor memiliki mikroorganisme aktif. Reaktor
memiliki bagian downflow dimana areanya lebih kecil dibandingkan upflow untuk
mencegah akumulasi mikroorganisme. Istilah downflow sering disebut dengan
Clearance Baffle Reactor (CBR) atau jarak dasar reaktor dengan handing baffle
reactor [41].
Universitas Sumatera Utara
19
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
Penelitian pembuatan biogas dari sampah buah tomat busuk menggunakan
sistem bioreaktor anaerobik berpenyekat ini akan dilaksanakan di Laboratorium
Penelitan, Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera
Utara.
3.2 Bahan dan Alat yang akan Digunakan
3.2.1 Bahan-Bahan
1. Sampah buah tomat busuk.
2. Mikroorganisme kultur campur bakteri anaerobik.
3. Air
4. HgSO4
5. K2Cr2O7
6. H2SO4
7. Ag2SO4
8. indikator ferroin
9. FAS (Ferro Ammonium Sulfat)
3.2.2 Alat
3.2.2.1 Peralatan Utama
1. Blender
2. Tangki ekualisasi dilengkapi pengaduk
3. Reaktor anaerobik berpenyekat
4. Selang gas
5. gelas ukur
6. Ember air
7. Samppling injector
8. Pompa
Universitas Sumatera Utara
20
3.2.2.2 Peralatan Analisa
1. Buret 25 ml
2. Timbangan analitik
3. Oven
4. Desikator
5. pH meter
6. Kertas saring
7. Vial
8. Gas detector
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Desain Reaktor
Keterangan :
1. Blender 5. gelas ukur
2. Tangki ekualisasi dilengkapi pengaduk 6. Ember air
3. Reaktor anaerobik berpenyekat 7. Samppling injector
4. Selang gas 8. Pompa
Gambar 3.1 Rancangan unit Sistem Bioreaktor Anaerobik
1
2
3
4
5
6
7
8
Universitas Sumatera Utara
21
3.3.2 Persiapan Bahan Baku
Adapun prosedur persiapan bahan baku adalah :
1. Sampah buah tomat ditimbang dengan berat 100 gram.
2. Sampah buah tomat dipotong-potong dengan 2 cm.
3. Ditambah air hingga volumenya 1000 ml.
4. Bahan baku diblender hingga halus.
3.3.2 Persiapan Inokulum
Inokulum yang digunakan berasal dari IPAL (Instansi Pengolahan Air
Limbah) Cemara pada unit UASB.
3.3.3 Seeding
Adapun prosedur seeding mikroorganisme adalah :
1. Buah tomat busuk ditimbang dengan berat 100 gram
2. Buah tomat busuk dipotong-potong dengan ukuran 2 cm
3. Ditambahkan air hingga volumenya 1000 ml.
4. Campuran tersebut diblender hingga halus.
5. Campuran dimasukkan ke dalam botol kimia dengan volume 2,5 l.
6. Ditambahkan inokulum sebanyak 1000 ml.
7. Dimasukkan magnetic stirrer.
8. Botol kimia ditutup dengan menggunakan penutup karet.
9. Botol kimia dimasukkan ke dalam ember yang berisi air yang
dipanaskan menggunakan heater.
Keterangan Gambar :
1. Botol siding
2. Penjepit : untuk menjepit selang
3. Suntik : untuk mengambil
sampel dari dalam botol
4. Selang : tempat memasukan dan
mengeluarkan sampel
5. Tutup botol
Gambar 3.2 Rangkaian Peralatan Seeding
Universitas Sumatera Utara
22
3.3.4 Aklimatisasi
Adapun prosedur aklimatisasi adalah :
1. Aklimatisasi dilakukan dua kali dengan menggunakan glukosa.
2. Dilakukan analisa MLSS untuk melihat pertumbuhan mikroba.
3.3.5 Start Up Reaktor
Adapun prosedur start Up reaktor adalah:
1. Buah tomat ditimbang sebanyak 300 gram
2. Buah tomat dipotong-potong dengan ukuran 2cm
3. Ditambahkan air hingga volumenya 3000 ml.
4. Campuran tersebut diblender hingga halus.
5. Campuran yang sudah halus diumpankan ke dalam mixer.
6. Prosedur 1-4 diulangi hingga volume umpan di dalam mixer 6000 ml.
7. Dimasukkan mikroorganisme kultur campur bakteri anaerobik
sebanyak 3000 ml.
8. Campuran substrat dan mikroorganisme diaduk untuk mencapai
homogenitas.
9. Campuran diumpankan ke dalam bioreaktor anaerobik berpenyekat.
10. Prosedur 1-9 diulangi hingga volume campuran di dalam bioreaktor
penuh (35.000 ml).
11. Dilakukan analisa pH, COD, dan MLSS setiap hari
3.4 Prosedur Analisa
3.4.1 Analisa pH
1. Kalibrasi pH meter dilakukan ke dalam pH 4, pH 7, dan pH 10.
2. Bagian elektroda dari pH meter dicuci dengan aquadest.
3. Elektoda dimasukkan ke dalam sampel yang akan diukur pH-nya.
4. Nilai bacaan pH meter ditunggu sampai konstan lalu dicatat nilai
bacaannya [38].
3.4.2 Analisa Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS)
Adapun prosedur analisa MLSS adalah [42]:
1. Dilakukan penstabilan kertas saring dengan cara memanaskan kertas
saring di dalam oven dengan temperatur 80°C selama 24 jam.
Universitas Sumatera Utara
23
2. Kertas saring dimasukkan ke dalam desikator selama 15 menit.
3. Sampel disaring menggunakan kertas saring yang telah distabilkan.
Kertas saring disiapkan/dipasang pada corong
4. Sampel diambil sebanyak 30 ml dan disaring sampai tersisa residu
berupa endapan yang dihasilkan.
5. Kertas saring yang terdapat residu sampel dimasukkan ke dalam oven
dengan temperature 80°C selama 24 jam.
6. Kertas saring dimasukkan ke dalam desikator lalu dibiarkan selama 15
menit dan ditimbang kembali.
7. MLSS dihitung dengan rumus :
g padatan/L =
Keterangan : A= berat kertas saring + berat residu, g
B= berat kertas saring, g
3.4.3 Analisa Chemical Oxygen Demand (COD)
Adapun prosedur analisis Chemical Oxygen Demand (COD) adalah:
1. Disiapkan sampel dan reagen dimana volumenya berdasarkan tabel 3.1
berikut:
Tabel 3.1 Jumlah sampel dan reagen berdasarkan volume digestion
vessels
Digestion Vessel Sampel
(ml)
Volume
K2Cr2O7 (ml)
Volume Asam
Sulfat (ml)
Volume
Total
Culture Tube:
15 x 100 mm 2,5 1,5 3,5 7,5
20 x 150 mm 5,0 3,0 7,0 15,0
25 x 150 mm 10,0 6,0 14,0 30,0
Volume 10 ml 2,5 1,5 3,5 7,5
2. Ditambahkan sampel dan K2Cr2O7 sesuai volume culture tube.
3. Ditambahkan asam sulfat secara perlahan.
4. Ditutup culture tube dan kemudian kocok hingga larutan tercampur.
Universitas Sumatera Utara
24
5. Dimasukkan culture tube ke dalam oven dengan suhu 1500 C selama 2
jam.
6. Didinginkan culture tube sampai suhu ruangan
7. Dimasukkan larutan yang ada di dalam culture tube ke dalam
erlenmayer
8. Dicuci bagian dalam culture tube dengan aquades. Air pencucinya
dimasukkan ke dalam erlenmeyer yang sudah berisi larutan analisa.
9. Ditambahkan indikator ferroin sebanyak 1-2 tetes, dititrasi dengan
larutan ferro ammonium sulfat atau FAS 0,1 N sampai warna merah
kecoklatan, dicatat kebutuhan larutan FAS.
10. Langkah 1 sampai dengan 7 dilakukan terhadap air suling sebagai
blanko. Kebutuhan larutan FAS dicatat. Analisis blanko ini sekaligus
melakukan pembakuan larutan FAS dan dilakukan setiap penentuan
COD.
11. Kandungan COD dapat dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut
[52]: sampel ml
N)8000)(BA(O mg/l 2
x Fp
Keterangan: A = ml FAS untuk titrasi blanko
B = ml FAS untuk titrasi sampel
N = Normalitas FAS
8000 = berat miliekivalen oksigen 1000 ml/l
Fp = Faktor pengenceran
3.4.4 ANALISIS GAS
Analisis gas yang dilakukan adalah pengukuran volume gas setiap hari dengan
gas meter dan analisa konsentrasi CO2 dan H2S sedangkan konsentrasi CH4 dihitung
dengan neraca massa dengan menganggap gas-gas lainnya trace (<0.02 ppm) [39].
Universitas Sumatera Utara
25
3.5 JADWAL PENELITIAN
Pelaksanaan penelitian direncanakan selama 3,5 (tiga setengah) bulan. Jenis
kegiatan dan jadwal pelaksanaannya dapat dilihat pada Tabel 3.2
No
.
Kegiatan Bulan ke 1 Bulan ke-2 Bulan ke-3 Bulan ke-4
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2
1. Persiapan penelitian
2. Survei dan pembelian
bahan
3. Seeding dan
Aklimatisasi
4. Pelaksanaan
penelitian dan
pengumpulan data
5. Kompilasi data dan
penarikan kesimpulan
6. Penulisan karya
ilmiah
7. Penulisan karya
ilmiah
Tabel 3.2 Jenis Kegiatan dan Jadwal Pelaksanaan Penelitian
Universitas Sumatera Utara
26
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK LIMBAH TOMAT DAN INOKULUM
Bahan baku berupa limbah tomat yang berasal dari sisa sayuran di Pasar
Sore Jamin Ginting dan inokulum yang merupakan bibit bakteri anaerob yang
diambil dari kolam Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL). Berikut hasil
analisis karakteristik limbah tomat yang digunakan pada Tabel 4.1 dibawah ini
Tabel 4.1 Hasil Analisis Karakteristik Limbah Tomat dan Inokulum
Parameter Limbah Tomat Inokulum Metode Uji
Ph 4,9 6,9 APHA 4500-H
COD (g/L) 105,6 10,56 APHA 5220B
MLLS (g/L) 5,55 0,28-0,29 APHA 2540B
Hasil analisa awal karakteristik limbah tomat menunjukkan bahwa limbah
mengandung senyawa organik berkadar tinggi ditunjukkan dengan besarnya nilai
COD. Limbah tomat yang digunakan adalah tomat yang sudah pecah, mengalami
pembusukan, warna lebih gelap. Analisis pH yang diperoleh yaitu 4,9. Hasil
analisis COD diperoleh 105,6 g/L, hal tersebut menunjukkan bahwa kandungan
zat organik pada limbah tomat sangat tinggi, sedangkan kadar COD limbah yang
diizinkan untuk dibuang adalah 350 mg/L dengan pH 6,0 – 9,0 [43].
4.2 Pengaruh Konsentrasi Substrat terhadap Mixed Liquor Suspended Solid
(MLSS)
Nilai MLSS menunjukkan padatan tersuspensi yang tidak dapat melalui
kertas saring Whatman dengan ukuran pori 0.45 m [40]. Pada penelitian ini, nilai
MLSS merepresentasikan konsentrasi biomassa limbah tomat yang terdapat di
dalam reaktor. Grafik konsentrasi MLSS selama penelitian dapat dilihat pada
Gambar 4.1
Universitas Sumatera Utara
27
Gambar 4.1 Kurva Pertumbuhan Konsentrasi MLSS pada Setiap Konsentrasi
Awal
Dari gambar diatas, menunjukkan perubahan nilai MLSS pada ketiga
konsentrasi awal cenderung meningkat, meskipun ada perubahan yang mengalami
fruktuasi. Konsentrasi MLSS pada akhir penelitian berkisar antara 5,6-6,14 g/L.
Peningkatan nilai MLSS dipengaruhi oleh banyaknya bahan organik yang
dioksidasi [44]. Bahan organik dioksidasi oleh mikroorganisme untuk
menghasilkan energi yang nantinya energi tersebut digunakan untuk pertumbuhan
mikroorganisme. Sehingga, semakin banyak jumlah substrat atau bahan organik
yang dioksidasi menyebabkan makin meningkat pula konsentrasi MLSS yang
terdapat pada reaktor [45]. Kelebihan substrat yang diumpankan ke dalam
bioreaktor menyebabkan bakteri asidogen dan asetogen semakin aktif dan cepat
tumbuh, sehingga menyebabkan ketidakseimbangan antara asidogenesis dan
metanogenesis[46]. Oleh karena itu, senyawa organik merupakan sumber karbon
bagi mikroorganisme, kondisi menjadi dasar bagi pengolahan limbah secara
biologis.
4.3 Analisis Pengaruh pH
pH merupakan salah satu kondisi lingkungan yang mempengaruhi
pertumbuhan mikroorganisme. Perubahan pH pada badan air terjadi akibat proses
biologis yang terjadi [47]. pH konsentrasi awal yang masuk kedalam reaktor
pada pH 4,3-4,7 hal ini dikarenakan limbah tomat yang masuk pada keasaan asam.
Kurva perubahan nilai pH dapat dilihat pada Gambar 4.2
Universitas Sumatera Utara
28
Gambar 4.2 Kurva Perubahan nilai pH pada Konsentrasi MLSS pada Setiap
Konsentrasi Awal
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa pH awal pada keadaan asam, hal
ini disebabkan konsentrasi awal masuk memiliki pH asam. Sehingga perlu
penambahan basa untuk penetralan pH sampai menjadi 6,8-7,5.
Keseluruhan proses anaerobik terjadi pada pH antara 6 – 8. Walaupun
bakteri pembentuk metana sangat peka terhadap pH, tetapi pH dalam reaktor tidak
harus dikendalikan secara ketat. Faktor pH sangat berperan pada dekomposisi
anaerob karena pada rentang pH yang tidak sesuai, mikroba tidak dapat tumbuh
dengan maksimum dan bahkan apat menyebabkan kematian. Pada akhirnya
kondisi ini dapat menghambat perolehan gas metana [48] pH terbaik dalam
memproduksi biogas berkisar antara 7,0. Apabila nilai pH di bawah 6,5 aktivitas
bakteri metanogen akan menurun dan pH di bawah 5,0 aktivitas fermentasi akan
terhenti [49]. oleh karena itu, pengaruh pH sangat menentukan produksi gas
metan. pH pembentukan gas metan berkisar 6,8-7,8 untuk proses biodegradasi..
Penetralan pH dilakukan agar produksi gas metan yang dihasilkan tinggi.
4.4 Kadar COD
Nilai COD menunjukkan jumlah kebutuhan oksigen yang ekuivalen
dengan kandungan bahan organik pada air limbah yang dapat dioksidasi oleh
oksidan kimia yang kuat [47]. Nilai COD merupakan ukuran bagi tingkat
pencemaran oleh bahan organik [49]. Kurva perubahan nilai COD dapat dilihat
pada Gambar 4.3
Universitas Sumatera Utara
29
Gambar 4.3 Kurva Perubahan nilai COD pada Setiap konsentrasi awal
Dari gambar diatas dapat dilihat nilai COD mengalami penurunan seiring
bertambahnya waktu. Penurunan nilai COD berarti proses degradasi bahan
organik semakin tinggi. Peningkatan konsentrasi bahan organik menyebabkan
penurunan nilai COD. Konsentrasi COD akhir pada setiap umpan berkisar 7,2-1,7
g/L. COD merupakan variabel terpenting yang menunjukkan berhasil atau
tidaknya proses degradasi [50].
Penurunan ini membuktikan bahwa pembentukan lapisan mikroorganisme
pada media melekat berlangsung diikuti dengan degradasi senyawa-senyawa
organik kompleks yang menghasilkan gas metan dan CO2. Pendegradasian
tersebut akan mempengaruhi terhadap nilai COD yang dihasilkan, berarti jika nilai
COD rendah menunjukkan kandungan senyawa organik didalam air buangan akan
rendah juga [51].
4.5 Produksi Biogas
Pembentukan Biogas secara anaerob, peran utama adalah perkembangan
dan aktifitas mikroba yang ada dalam substrat. Selain perombakan bahan-bahan
dalam substrat, perkembangan dan aktivtas mikroba juga dipengaruhi oleh pH
(kadar keasaman substrat) dan suhu. pH optimal untuk perkembangan dan
aktifitas mikroba antara 6,5 – 8,3.
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 4.4 Persentase Produksi Biogas terhadap Konsnetrasi Awal
Dari Gambar 4.4 Dapat dilihat bahwa produksi biogas yang diperoleh
dalam penelitian ini menunjukkan bahwa perbedaan konsentrasi awal
mempengaruhi jumlah %volume biogas yang dihasilkan. Pada konsentrasi awal
84,6 g/L diperoleh nilai komposisi metan, karbondioksida dan hidrogen sulfida
masing-masing sebesar 26%, 9% dan 0% dan sisanya adalah gas-gas lain yang
tidak terdeteksi oleh alat. Pada konsentrasi awal 215 g/L diperoleh nilai komposisi
metan, karbondioksida dan hidrogen sulfida masing-masing sebesar 33%, 8%, 0%
dan gas-gas lain 59%. Dan pada konsentrasi awal 237 g/L diperoleh nilai
komposisi metan, karbondioksida dan hidrogen sulfida masing-masing sebesar
50%, 11%, 3% dan gas-gas lain 36%.
Pada kondisi fermentasi dengan bahan baku yang telah mengalami proses
asetogenik, maka senyawa hasil proses tersebut (yakni asam asetat) akan lebih
mudah dan cepat untuk digunakan oleh bakteri metanogenik untuk dikonversi
menjadi CH4, CO2 dan produk lain sehingga laju pembentukan metan seiring
dengan laju pertumbuhan bakteri metanogenik [52]. Oleh karena itu, proses
metanogenesis diperoleh pada konsentrasi awal 237 g/L sebesar 50%. Dengan
estimasi total volume biogas yang dihasilkan sebesar >5 liter.
4.6 Penentuan Profil Kinetika Pertumbuhan sel
Model pertumbuhan sel yang paling sederhana adalah model malthusian
atau sering disebut hukum ekponensial. Dengan kondisi ideal untuk pertumbuhan,
saat fermentasi batch dilakukan, dapat diamati secara eksperimen bahwa kualitas
Universitas Sumatera Utara
31
biomassa dan konsentrasi meningkat secara eksponensial [50]. sehingga dapat
dituliskan sebagai berikut :
(1)
Dimana rX = laju pertumbuhan sel (kg/m
3 H), X = konsentrasi sel (kg/m
3)
dan = konstanta pertumbuhan kinetik (1/h). Dari hasil analisa pada effluent
reaktor untuk setiap variabel dan mendapatkan nilai COD dan MLSS. Besaran-
besaran tersebut digunakan untuk menentukan nilai kinetika dengan menggunakan
persamaan Monod.
Model ini mengekspresikan bahwa laju pertumbuhan spesifik mikroba
akan meningkat jika konsentrasi substrat meningkat. Namun laju pertumbuhan
spesifik akan turun pada konsentrasi substrat yang terlalu tinggi. Persamaan
Monod menggambarkan laju pertumbuhan spesifik merupakan fungsi dari
konsentrasi substrat pembatas[ 53] :
(2)
Model Monod ditunjukkan pada persamaan (2). Dimana µ = laju
pertumbuhan spesifik (1/t), µmax laju pertumbuhan spesifik maksimum, S =
konsentrasi substrat (massa/volume) dan Ks = konstanta kejenuhan yaitu
konsentrasi substrat pada [53]. Sehingga modifikasi persamaan (2)
menghasilkan bentuk berikut :
= (3)
Dari persamaan diatas, dinyatakan bahwa nilai max dan nilai Ks didapat
dengan membuat grafik 1/ Hasil pengujian kinetika merupakan suatu
fungsi kenaikan atau penurunan jumlah kuantitas hasil pengujian pada kondisi dan
waktu tertentu [54].
Dalam penelitian ini, dapat dilihat dari berbagai konsentrasi awal masuk
reaktor dengan sistem batch. Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh
konsentrasi awal terhadap laju pertumbuhan spesifik. Untuk gambar dibawah ini
peneliti mengambil data setiap konsentrasi awal masuk.
Universitas Sumatera Utara
32
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.5 menentukan nilai Ks dan µmax pada konsentrasi awal
(a) 84,6 g/L, (b) 215 g/L dan (c) 237 g/L
Universitas Sumatera Utara
33
Dengan menggunakan garis linier didapat suatu persamaan garis dari
gambar 4.6 diatas yaitu : untuk konsentrasi awal 84,6 g/L diperoleh y=63140x +
8,26 dengan R2 = 0,8152. Dari persamaan tersebut didapat slope sebesar 63140
dan intercept sebesar 8,26. Dari persamaan (3) nilai slope merupakan nilai 1/µmax
segingga diperoleh µmax sebesar 0,121/ hari. Sedangkan untuk intercept adalah
nilai dari Ks/ µmax sehingga diperoleh nilai Ks sebesar 7640 mg (7,64 g).
Sedangkan untuk konsentrasi awal 215 g/L diperoleh y=194117x + 5,598 dengan
R2 = 0,8115. Sehingga didapat nilai µmax sebesar 0,15/ hari.dan nilai Ks sebesar
27455 mg (27,455 g). Dan untuk konsentrasi awal 237 g/L diperoleh y
=289901x + 7,3 dengan R2 = 0,804. Sehingga didapat nilai µmax sebesar 0,1368/
hari.dan nilai Ks sebesar 39671 mg (39,671 g).
Dari persamaan linier pada gambar 4.5 didapat persamaan Monod sebagai
berikut :
Tabel 4.2 Persamaan Monod untuk setiap konsenrtrasi umpan
konsentrasi awal (g/L) Ks
81,6 0,121 7,64
215 0,15 27,455
237 0,1368 39,671
Dari data tabel diatas dapat digambarkan laju pertumbuhan spesifik (µ)
mikroorganisme untuk mendegrdasi substrat, laju pertumbuhan spesifik
merupakan kemampuan mikroorganisme mendegradasi substrat untuk diolah
menjadi biogas dengan tidak melebihi batas laju pertumbuhan maksimum (µmax).
Universitas Sumatera Utara
34
Gambar 4.6 Perbandingan Laju Pertumbuhan spesifik Mikroba secara pemodelan
dan perobaan
Gambar 4.6 adalah perbandingan µ untuk konsentrasi awal 81,6 g/L yang
menghasilkan kurva percobaan mendekati nilai µ secara pemodelan. Nilai µ
pemodelan yaitu S yang diestimasikan dengan nilai Ks 7,41 dan µmax 0,12 hal
ini pernah dilakukan penelitian sebelumnya oleh Manfaati (2010) dengan Ks
sebesar 4,38 g/L. Laju penggunaan substrat digambarkan dengan nilai Ks pada
saat setengah dari laju maksimum produksi biogas ,yang menunjukkan kepekaan
konsentrasi substrat terhadap pertumbuhan biomassa. Apabila nilai Ks besar
berarti rentan konsentrasi substrat yang peka terhadap pertumbuhannya besar, rasi
diatas Ks menunjukkan kecenderungan yang krang peka terhadap pertumbuhan
biomassa [55,56].
Dari data tabel 4.2 dapat digambarkan kinetika pertumbuhan substrat
dengan mengukur konsumsi COD pada reaktor terhadap waktu, sehingga didapat
Pemodelan penrunan substrat yaitu bersarnya COD menggunakan persamaan
Monod yang dimodofikasi. Keseimbangan substrat dapat dituliskan sebagai
berikut [57]:
= - X (5)
Dimana, Yx/s= Koefisien Yield, µ = laju pertumbuhan spesifik (1/t) dan X=
konsentrasi sel. Dengan nilai X = Xo +Yx/s (So-S) sehingga didapat modifikasi
persamaan (1) untuk pertubuhan substrat sebagai berikut :
(6)
Universitas Sumatera Utara
35
konsentrasi
awal (g/L) t (hari)
S Praktek
(g/L) % removal
Spemodelan
(g/L)
%
removal
1 81,600 0 81,600 0
5 49,600 39,22 79,083 3,72
81,6 17 60,882 68,63 60,882 36,13
23 39,762 75,98 19,200 72,08
30 8,300 89,83 2,655 98,98
1 215,000 0 215,000 0
5 139,000 53,02 195,772 7,22
215 17 17,000 92,09 94,442 36,13
23 15,000 93,02 6,948 96,71
30 7,200 96,65 0 100,00
1 237,000 0 237,000 0
5 101,000 9,90 73,223 9,90
237 17 21,000 77,29 23,904 77,29
23 23,000 99,36 311 99,36
30 17,000 100,00 0 100,00
Untuk melihat perbandingan degradasi pemodelan penrunan substrat
menggunakan persamaan reaksi orde satu. Keseimbangan substrat dapat dituliskan
sebagai berikut [58]:
-r = k.S (7)
Dengan r = laju reaksi, k= konstanta laju reaksi dan S= konsentrasi substrat.
(8)
Integrasi persamaan (8) dengan waktu t = 0 hingga t = t dengan S = S0 hingga S =
S .
(9)
(10)
(11)
(ln = (-k. (12)
ln S- ln S0 = -k.t –(-k.0) (13)
ln S- ln S0 = -k.t (14)
ln = - kt (15)
-ln = kt (16)
Universitas Sumatera Utara
36
Apabila dibuat grafik hubungan –ln S/S0 versus t akan mendekati garis
gradien dari garis tersebut sebagai berikut :
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.8 MenentukanNilai k pada Konsentrasi Awal (a) 81,6 g/L, (b) 215 g/L
dan (c) 237 g/L
Gambar 4.8 menunjukkan fitting grafik antara –ln(S/S0) menghasilkan
persamaan linier unutk konsentrasi awal 81,6 g/L diperoleh y=0,0757x +0,1028
Universitas Sumatera Utara
37
dengan R2= 0,8931 sedangkan untuk konsentrasi awal 215g/L diperoleh
y=0,1235x +0,2176 dengan R2= 0,8941 dan konsentrasi awal 237 g/L diperoleh
y=0,094x + 0,3292 dengan R2= 0,8508. Dengan menggunakan persamaan (8)
didapat nilai k masing masing yaitu 0,0757, 0,1235 dan 0,094. Dengan substitusi
nilai k ke persamaan (8) didapat pemodelan penurunan substrat dengan
bertambahnya waktu
Tabel 4.4 Pemodelan penurunan substrat dengan persamaan orde satu
konsentrasi
awal (g/L)
t
(hari)
S Praktek
(g/L)
%
removal
Spemodelan
(g/L)
%
removal
%
error
1 81,600 0 81,600 0 0,00
5 49,600 39,22 59,557 27,01 0,17
81,6 17 25,600 68,63 23,156 71,62 -0,11
23 19,600 75,98 14,439 82,31 -0,36
30 8,300 89,83 8,322 89,80 0,00
1 215,000 0 215,000 0 0,00
5 101,000 46,5587 126,900 40,68 0,20
215 17 17,000 87,44939 26,093 44,73 0,35
23 15,000 86,63968 11,832 -1988,34 -0,27
30 7,200 89,06883 4,703 -914709 -0,53
1 237,000 0 237,000 0 0,00
5 122,000 48,5 159,667 32,6 0,24
237 17 21,000 91,1 48,822 79,4 0,57
23 23,000 90,3 26,997 88,6 0,15
30 17,000 92,8 13,525 94,3 -0,26
Sehingga dapat dilihat grafik pemodelan penurunan substrat menggunakan
persamaan Orde satu dengan Percobaan yang dilakukan
Universitas Sumatera Utara
38
Gambar 4.10 Pemodelan Penurunan Substrat dengan Persamaan Orde 1 dengan
simulasi Matlab pada Konsentrasi awal 81,6 g/L
Dapat dilihat pada Gambar 4.10 Pemodelan penurunan substrat menurun
dengan bertambahnya waktu reaksi. Dengan pemodelan penurunan substrat
dengan persamaan Orde 1 dan penuruanan substrat secara percobaan dilihat
bahwa dengan menggunakan persamaan Orde 1 laju penurunan substrat lebih
baik. Hal ini mengacu bahwa pada umumnya reaksi biodegradasi limbah mengacu
pada persamaan Orde-1.
Universitas Sumatera Utara
39
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang diperoleh pada penelitian ini adalah
1. Perubahan nilai pH selama proses metanogenesis masih pada rentang
optimum metanogen untuk menghasilkan biogas yaitu pada rentang 6,8-7,6.
2. Dengan mengunakan persamaan Monod diperoleh nilai µmax terbesar adalah
pada konsentrasi awal 215g/L yaitu sebesar 0,15 dan Ks terbesar pada
konsentrasi awal 237 g/L sebesar 39,67.
3. Laju Pertumbuhan spesifik mikroba pada percobaan yang mendekati dengan
nilai pemodelan adalah pada konsentrasi 81,6 g/L.
4. Konsentrasi kenaikan MLSS terbaik diperoleh pada konsentrasi umpan 81,6
g/L dengan konsentrasi MLSS 5.910 mg/L.
5. Komposisi gas metana (CH4) terbesar diperoleh pada Konsentrasi Umpan
237g/L yaitu 50 %.
5.2 SARAN
Adapun saran yang dapat diberikan untuk penelitian selanjutnya adalah
1. Sebaiknya dilakukan penambahan analisa untuk penelitian selanjutnya,
seperti analisa VFA, MLVSS dan uji bakar.
2. Sebaiknya dilakukan variasi jenis sampah degan penambahan kotoran ternak
agar pembentukan gas lebih maksimum.
Universitas Sumatera Utara
40
DAFTAR PUSTAKA
[1] Kuncaho. P., Fathallah AZM dan Semin. 2013. Analisa Prediksi Potensi
Bahan Baku Biodiesel sebagai Suplemen Bahan Bakar Motor Diesel di Indonesia.
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan. Institut Teknologi Sepuluh November :
Surabaya.
[2]Sulistiyanto,Y ., Sustiyah., S. Zubaidah dan B.Satata. 2016. Pemanfaatan
Kotoran sapi Sebagai Sumber Biogas Rumah Tangga di Kabupaten Pulau Pisau
Provinsu Kalimantan Tengah. Jurnal Udayana Menabdi.
[3] Dewan Energi Nadional. 2016. Sosialisasi Rencana Umum energi Nasional
Dalam Rangka Rencana Umum Energi Daerah: Jakarta.
[4] Nasruddin., Ariantara.B., Hadi.K., Muhammad.A., Adi. W., Iwan.S.,
Santot.N., Ismawati dan Trisno Anggora. 2016. Clean Energy. Fakultas Teknik.
Universitas Indonesia.
[5] Fatoni, Imam. 2016. Ilmu Alamiah Dasar Makalah Energi Terbarukan.
Fakultas Teknik. Universitas Muhammadiyah Malang.
[6] Pirard, Rimain., Ban, Simon dan Ahmad Dermawan. 2016. Tantangan dan
peluang Pengembangan Bioenergi di Indonesia. Pusat Penelitian Kehutanan
International.
[7] Sulistiyanto,Y ., Sustiyah., S. Zubaidah dan B.Satata. 2016. Pemanfaatan
Kotoran sapi Sebagai Sumber Biogas Rumah Tangga di Kabupaten Pulau Pisau
Provinsu Kalimantan Tengah. Jurnal Udayana Menabdi.
[8] Febrianti, Wahyu. 2015. Pengembangan Biogas dalam Rangka Pemanfaatan
energi terbarukan di Desa Jetak kecamatan Getasan Kabupaten Semarang.
Fakultas Ilmu Sosial. Universitas Negeri Malang.
[9] Meggyes, Attila. 2012. Biogas and energy Production by Utilization od
Different Agricultural Wastes. Departement of Energy Engineering. Budapest
University of Technology and Economics
[10] Rahmatiah. 2014. Biogas Sebagai Sumber Energi. Artikl Ebuletin LPMP:
Sulawesi Selatan
[11] Lawal, A.A., Dzivama A.U dan Usman S.S. 2015. Influence Evaluation of
Substrate Concentration on Biogas Production of Discarded Tomato Waste
(DTW) :a Simulation Study. Departement of Agricultural and Environmental
Resources Engineering. University of Maiduguri.
[12] Terjun, T., Komposisi sampah TPA Terjun. 2015: Medan.
Universitas Sumatera Utara
41
[13] Ramadhani, Aprizal dan Ahmad Perwira Mulia Tarigan. 2014. Studi
pengelolaan Sampah Pasar Kota Medan. Departemen Teknik Sipil. Fakultas
Teknik. Universitas Sumatera Utara.
[14] Yanti Ni Ketut Ari Tantri., I made Astika dan Fahkrina. 2016. Panen dan
Pasca Panen Tomat (Lycopersicu esculentum) dalam Mendukung Model Kawasan
Rumah Pangan Lestari di Kabupaten Bandung. Balai Pengkajian Teknologi
Pertnian : Bali.
[15] Hamidah, Emmy. 2017. Analisis Pendapatan Usaha Tani Tomat
(Lycopersicu esculentum MILL) (di Dusun Brumbun Desa Lamongrejo
Kecamatan Ngimbang Kabupaten Lamongan. Fakultas pertanian. Universitas
Islam Durul Ulum Lamongan.
[16] Tajalli, Arief. 2015. Panduan Penilaian Potensi Biomassa sebagai Sumber
Energi Alternatif di Indonesia. Penabulu Alliance.
[17] K. Ramandeep. 2016. Anaerobic Baffle Reactor : A Promising Wastewater
Treatment Technology in Tropical Countries.
[18] A.N Alnakeeb., Najim Khudhayer dan Ausmara Ahmed. 2017. Anaerobic
Digestion of Tomato Wastes from Groceries Leftovers: Effect of Moisture
Content.
[19] Rahayu, Dwi Eernawati dan Yudi Sukmono. 2013. Kajian potensi
Pemanfaatan Sampah Organik pasar Berdasarkan karakteristiknya. Fakultas
Teknik. Universitas Wulawarman.
[20] Imaduddin, Muhammad., Hermawan dan Hadiyanto. 2014. Pemnafaatan
sampah Sayur pasar dalam Produksi Listrik melalui Microbial Fuel Cells.
Universitas Diponegoro.
[21] Adityawarman, A.C., Salundik dan Lucia. 2015. Pengolahan Limbah ternak
Sapi Secara Sederhana di Desa Pattalassang Kabupaten Sinjai Sulawasi Selatan.
Program Sarjana Departemen Ilmu Produksi dan Teknologi Peternakan. Institut
Pertanian Bogor.
[22] Baharudin, Aji., aib Suyanto dan Sigit Sudaryanto. 2017. Pemanfaatan
Limbah Pepaya (Carica papaya L.) dan Tomat (Solanum lycopersicum L) untuk
Memepercepat Penomposan sampah Organik. Politeknik Kesehatan Kementrian
Kesehatan Yogyakarta.
[23] Oliviya R, Christynal., Kalaivani P.N dan Muthusundari K. 2016. Production
of Biogas from Selected Vegetable waste Collected from the Markets of Madurai,
Tamil Nadu. Departement of Biotehcnology. Lady Doak Collage : Madurai.
[24] Gunamantha, Made dan Ni Wayan Yuninrat. 2014. Studi Potensi biogas dari
Sampah Daun Pisang melalui Penguraian Secara Anaerobik. Jurusan Analis
Universitas Sumatera Utara
42
Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Pendidikan
Genesha.
[25] Azhari, Fajri., Bunda Halang dan Muhammad zaini. 2015. Kualitas Biogas
yang Dihasilkan dari Subsarta Kotoran Sapi dan Penambahan Starter Buah-
buahan dengan Menggunakan Digester Kubah. Jurnal wahana-Bio.
[26] Ana.S ., Dedi.P dan M.Yusuf D. 2015. Modifikasi Biogester Tiper Vertikal
Menggunakan Pengaduk dengan Teknik Pengelasan. Fakultas Teknik. Universitas
Muhamma.yah: Jakarta.
[27] Prayugi, Ginanjar., Sumardi hadi Sumarlin dan rini Yuliaingsih. 2015.
Pemurnian Biogas dengan Sistem Pengembunan dan Penyaringsn mengunakan
Beberapa Bahan Media. Jurusan Teknik pertanian Fakultas Teknologi Pertanian.
Universitas Brwijaya.
[28] Fadli, Dian.,Muhammad irsyad dan M. Dyan Susila E.S. 2013. Kaji
Ekperimental Sistem Penyimpanan Biogas dengan Metode Pengompresan dan
Pendinginan pada Tabung Gas sebagai Bahan Bakar Penganti Gas LPG. Fakultas
Teknik. Universitas Lampung.
[29] Priyadi, Fahad dan erfan Subiyanta. 2016. Studi Potensi biogas dari Kotoran
ternak Sapi sebagai Alternatif untuk Penerangan. Jurusan Teknik Elektro. Fakultas
Teknik. Universitas 17 Agustus 1945.
[30] Lier, Jules B.van., Nidal mahmoud dan Griet Zeeman. 2008. Anaerobic
Wastewater Treatment. IWA Publishing :London.
[31] Maryani, Neneng. 2014. Kajian terhadap Kinetika Konversi Biomassa
Organik menjadi Biogas pada reaktor Biogas Tipe Partition. Jurusan Teknik
Kimia. Politeknik negeri Sriwijaya.
[32] Adekunkle, Kayode Feyisetan dan Jude Awele Okolle. 2015. A Review of
Biochemical Process of Anaerobic Digertation. Departement of Chemicah
Engineering. Colage of Engineering Technology. University of Agriculture.
[33] Bassuney, D.M. Ibrahim, W.A dan Moustofa M.AE. 2013. Performance of
an Anaerobic Baffle Reactor (ABR) Durin Star-up Period. International Journal of
Chemical. Environmental and Biological Sciences.
[34] Yu, Yaqin., Lu Xiwu dan Wu Yifeng. 2014. Performance of an Anaerobic
Baffle Filter Reactor in the Treatment of Algae-Laden Water and the Contribution
of Granular Sludge. School of Energy and Environment. Southeast University.
[35] Wagiman. 2007. Identifikasi Potensi Produksi Biogas dari Limbah Cair Tahu
dengan Reaktor Upflow Anaerobik Sludge Blanket (UASB). Fakultas Teknologi
Pertanian. Universitas Gadjah Mada.
Universitas Sumatera Utara
43
[36] Bagus S, I.N. 2008. Start-up dan Perancangan Bioreaktor Anaerobik untuk
Pengolahan limbah Cair dengan Konsentrasi Garam Tinggi. Fakultas Teknologi
Pertanian. Institut Pertanian Bogor.
[37] Rambe S.M. 2015. Penentuan Model Kinetika Reaksi Hirdolisis pada
Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit dengan Anaerobik Baffle Reactor. Baristand
Industri Meedam : Medan.
[38] APHA, AWWA, dan WCF. Standard methods for the examinion of wer and
wastewer (Washington DC, USA, : American Public Health Associion, 1999)
page 236- 244
[39] Undang-Undang. Peraturan Menteri Lingkungan Hidu Republik Indonesia.
2014. Nomor 5 Tahun 2014. Tentang Baku Mutu Air Limbah.
[40] Romli, Muhammad., Suprihatin dan Dinna Salinda. Volu. 14(2), 56-66.
Penentuan Nilai Parameter Kinetika Lumpur Aktif untuk Pengolahan Air Lindi
Hitam Sampah (Leachate). Departemen Teknologi Industri Pertanian. Fakultas
Teknologi Pertanian. Institut Pertanian Bogor.
[41] Ismadina, Dwi Katri Mitha dan Joni Hermana. 2013. Pengaruh Konsentrasi
Bahan Organik, Salinitas, dan pH terhadap laju Pertumbuhan Alga. Institut
Sepuluh November.
[42] Septiani, Wahyu Dian., Agus Slamet dan Koni Hermana. 2014. Pengaruh
Konsentrasi Substratterhadap Laju Pertumbuhan Alga dan Bakteri Heterotropik
pada Sistem HRAR. Jurusan Teknik Lingkungan. Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan. Institut Sepuluh November.
[43] Budiyono., Mariyah Eka Pratiwi dan Ignata Noviantari Sinar Y. 2013.
Pengaruh Metode Fermentasi, Komposisi Umpan, pH awal dan Variasi
Pengenceran terhadap Produksi Biogas dari Vinasse. Jurusan Teknik Kimia.
Fakultas Teknik. Universitas Diponerogo.
[44] Budiyono, Gita Kharunnisa dan Ika Ramawati. 2013. Pengaruh pH dan rasio
COD;N terhadap Produksi Biogas dengan Bahan Baku Limbah Industri Alkohol
(Ninasse). Jurusan Teknik Kimia. Fakultas Teknik. Universitas Diponerogo.
[45] Rambadhani, Dwi. 2017. Pembuatan Biogas dengan Substrat Limbah Kulit
Buah dan Limbah Cair Tahu dengan Variabel Perbandingan Komposisi Slurry dan
Penambahan Cosubstrat Kotoran Sapi. Jurusan Teknik Kimia. Fakultas Teknik.
Universitas Muhammadiyah Surakarta.
[46] HardyPraja, Yogta. 2017. Analisa Kadar COD dan TSS pada Limbah Cair
dan Air Laut dengan Menggunakan Alat Spektrofotometri UV-Visible. Jurusan
Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Sumatera
Utara.
Universitas Sumatera Utara
44
[47] Saputra, Trisni., Suharjo Triatmojo dan Ambar Pertiwiningrum. 2010.
Produksi Biogas dari Campuran Fases Sapi dan Ampas Tebu dengan Rasio C/N
yang berbeda. Fakultas Perikanan. Universitas Gadjah Mada.
[48] Ahmad, Adrianto., syafri dan Melissa Atikalidia. 2011. Penyisihan COD dan
Produksi Biogas Limbah Cair Kelapa Sawit dengan Bioreaktor Hibrid Anaerob
Bermedia Cangkang sawit. Jurusan Teknik Kimia. Universitas Riau.
[49] Di, Tesi Di Laurea., Susanna cCarcano dan Matricola. 2010. A Model For
Cell Growth in Batch Bioreaktors. Politecnico Di Milano.
[50] Abu-Reesh, Ibrahim M. 2014. Kinetics of Anaerobik Digestion of Labaneh
Whey in A Batch Reactor. Chemichal Engineering Departement. Gatar
University.
Universitas Sumatera Utara
45
LAMPIRAN A
DATA HASIL ANALISA
L.A.1 KARAKTERISTIK LIMBAH TOMAT DAN INOKULUM IPAL
Tabel A.1 Hasil Analisis Karakteristik Limbah Tomat dan Inokulum Ipal
Parameter Limbah Tomat Inokulum Metode Uji
pH 4,9 6,9 APHA 4500-H
COD (g/L) 105,6 10,56 APHA 5220B
MLLS (g/L) 5,55 0,28-0,29 APHA 2540B
L.A.2 DATA HASIL PENELITIAN
Tabel A.2 Data Hasil Analisis pH, MLSS, COD
Konsentrasi awal
(g/L) t (hari) pH
MLSS
(g/L) COD (g/)
1 4,5 0,380 81,6
2 4,4 0,550 73,6
3 7,7 0,590 60,6
4 7,4 0,680 50,6
5 7,3 - 49,6
8 6,8 0,940 31,6
9 6,8 1,067 48,6
10 7,4 1,250 23,6
11 7,1 1,290 22,6
12 7,1 - 27,6
82 15 6,9 1,781 19,6
16 7,6 2,026 25,6
17 7,5 2,167 25,6
18 7 2,410 23,6
19 6,9 - 19,6
22 7,2 3,450 19,2
23 7 3,900 19,6
24 7,1 4,090 8,3
25 6,9 4,417 8,3
26 7 - 8,3
29 6,8 5,567 8,3
30 6,9 6,140 8,3
Universitas Sumatera Utara
46
1 4,7 0,700 215,0
2 4,6 0,750 165,0
3 7,6 0,980 169,0
4 7,7 1,100 139,0
5 7,4 - 101,0
8 7,2 1,550 114,0
9 7,1 1,900 71,0
10 7 2,100 31,0
11 6,8 2,200 29,0
12 7,1 - 21,0
215 15 7,2 2,980 17,0
16 6,9 3,100 13,0
17 6,8 3,400 17,0
18 7,3 3,400 11,0
19 7,2 - 15,0
22 7 4,100 11,0
23 6,8 4,330 15,0
24 6,9 4,600 11,0
25 7,1 4,600 7,2
26 7,2 - 7,2
29 7,1 5,300 7,2
30 6,9 5,600 7,2
1 4,3 0,860 237
2 4 0,840 169
3 7,2 1,030 187
4 7,2 1,150 147
5 7,3 - 122
8 7,2 1,600 117
9 6,8 2,100 79
10 7,3 1,900 47
11 7 2,400 37
12 6,9 - 41
237 15 6,9 2,900 30
16 7,3 3,150 21
17 7,5 3,280 21
18 7,2 3,400 17
19 7,3 - 23
22 7,4 4,000 25
23 7,5 4,300 23
24 7 4,400 21
25 7,5 4,870 17
26 7,2 - 17
29 7,1 5,410 17
30 6,9 5,910 17
Universitas Sumatera Utara
47
Table A.3 Data Hasil Analisis Komposisi Biogas pada Setiap Konsentrasi Umpan
Konsnetrasi
Umpan (mg/L)
Komponen Biogas (%)
Metana Karbondioksida Hidrogen
Sulfida
Gas-gas
lain
84.600 26 9 0 65
102.200 33 8 0 59
107.200 50 0 3 36
A.3 DATA HASIL PERHITUNGAN
Table A.4 Data Perhitungan µ untuk Konsentrasi Umpam 81,6 g/L
t (hari) S (g/L) X (g/L) Xrata-rata rx miu 1/miu 1/S
1 81,6 0,38 0,000 0,000 0 0,00
2 73,6 0,55 0,465 0,105 0,191 5,24 0,000014
3 60,6 0,59 0,570 0,065 0,110 9,08 0,000017
4 50,6 0,68 0,635 0,070 0,103 9,71 0,000020
8 31,6 0,94 0,810 0,077 0,082 12,13 0,000032
9 48,6 1,07 1,004 0,155 0,145 6,89 0,000021
10 23,6 1,25 1,159 0,111 0,089 11,23 0,000042
11 22,6 1,29 1,270 0,106 0,082 12,14 0,000044
15 19,6 1,78 1,536 0,147 0,083 12,10 0,000051
16 25,6 2,03 1,904 0,193 0,095 10,51 0,000039
17 25,6 2,17 2,096 0,192 0,089 11,28 0,000039
18 23,6 2,41 2,289 0,257 0,106 9,39 0,000042
22 19,2 3,45 2,930 0,298 0,086 11,58 0,000052
23 19,6 3,90 3,675 0,320 0,082 12,18 0,000051
24 8,3 4,09 3,995 0,258 0,063 15,84 0,000120
25 8,3 4,42 4,253 0,295 0,067 14,96 0,000120
29 8,3 5,57 4,992 0,345 0,062 16,15 0,000120
30 8,3 6,14 5,853
A.5 Data Perhitungan µ untuk Konsentrasi Umpam 215 g/L
t (hari) S (g/L) X (g/l) Xrata-rata Rx miu 1/miu 1/S
1 215,0 0,70 0,000 0,000 0 0,00 0,000005
2 165,0 0,75 0,725 0,140 0,187 5,36 0,000006
3 169,0 0,98 0,865 0,175 0,179 5,60 0,000006
4 139,0 1,10 1,040 0,114 0,104 9,65 0,000007
8 114,0 1,55 1,325 0,160 0,103 9,69 0,000009
9 71,0 1,90 1,725 0,275 0,145 6,91 0,000014
Universitas Sumatera Utara
48
10 31,0 2,10 2,000 0,150 0,071 14,00 0,000032
11 29,0 2,20 2,150 0,176 0,080 12,50 0,000034
15 17,0 2,98 2,590 0,180 0,060 16,56 0,000059
16 13,0 3,10 3,040 0,210 0,068 14,76 0,000077
17 17,0 3,40 3,250 0,150 0,044 22,67 0,000059
18 11,0 3,40 3,400 0,140 0,041 24,29 0,000091
22 11,0 4,10 3,750 0,186 0,045 22,04 0,000091
23 15,0 4,33 4,215 0,250 0,058 17,32 0,000067
24 11,0 4,60 4,465 0,135 0,029 34,07 0,000091
25 7,2 4,60 4,600 0,140 0,030 32,86 0,000139
29 7,2 5,30 4,950 0,200 0,038 26,50 0,000139
30 7,2 5,60 5,450
A.6 Data Perhitungan µ untuk Konsentrasi Umpam 237 g/L
t (hari) S (g/L) X (g/L) Xrata-rata rx miu 1/miu 1/S
1 237,0 0,86 0,000 0,000 0 0,00 0,000004
2 169,0 0,84 0,850 0,085 0,101 9,88 0,000006
3 187,0 1,03 0,935 0,155 0,150 6,65 0,000005
4 147,0 1,15 1,090 0,114 0,099 10,09 0,000007
8 117,0 1,60 1,375 0,190 0,119 8,42 0,000009
9 79,0 2,10 1,850 0,150 0,071 14,00 0,000013
10 47,0 1,90 2,000 0,150 0,079 12,67 0,000021
11 37,0 2,40 2,150 0,200 0,083 12,00 0,000027
15 30,0 2,90 2,650 0,150 0,052 19,33 0,000033
16 21,0 3,15 3,025 0,190 0,060 16,58 0,000048
17 21,0 3,28 3,215 0,125 0,038 26,24 0,000048
18 17,0 3,40 3,340 0,144 0,042 23,61 0,000059
22 25,0 4,00 3,700 0,180 0,045 22,22 0,000040
23 23,0 4,30 4,150 0,200 0,047 21,50 0,000043
24 21,0 4,40 4,350 0,285 0,065 15,44 0,000048
25 17,0 4,87 4,635 0,202 0,041 24,11 0,000059
29 17,0 5,41 5,140 0,208 0,038 26,01 0,000059
30 17,0 5,91 5,660 0,000059
A. 7 Data Reduksi COD untuk konsentrasi Umpan 81,6 g/L
t (hari) COD pemodelan
(g/L)
%
removal
COD Praktik
(g/L) %removal % error
1 81,60 0 81,60 0 0
2 81,07 0,76 73,60 9,80 9,21
3 80,47 1,62 60,60 25,74 24,69
4 79,81 2,60 50,60 37,99 36,60
5 79,08 3,72 49,60 39,22 37,28
8 76,38 8,07 31,60 61,27 58,63
Universitas Sumatera Utara
49
9 75,27 9,93 48,60 40,44 35,43
10 74,04 12,04 23,60 71,08 68,13
11 72,68 14,42 22,60 72,30 68,91
12 71,18 17,11 27,60 66,18 61,22
15 65,63 27,29 19,60 75,98 70,13
16 63,37 31,49 25,60 68,63 59,60
17 60,88 36,13 25,60 68,63 57,95
18 58,14 41,23 23,60 71,08 59,40
19 55,11 46,76 19,60 75,98 64,43
22 44,13 65,52 19,20 76,47 56,49
23 39,76 72,08 19,60 75,98 50,71
24 35,02 78,46 8,30 89,83 76,30
25 29,92 84,34 8,30 89,83 72,26
26 24,47 89,41 8,30 89,83 66,08
29 7,35 97,98 8,30 89,83 -12,99
30 2,65 98,98 8,30 89,83 -212,64
A. 8 Data Reduksi COD untuk konsentrasi Umpan 215 g/L
t (hari) COD pemodelan
(g/L)
%
removal
COD Praktik
(g/L) %removal % error
1 211,00 0 215 0,00 -2
2 207,73 1,55 165 23,26 21
3 204,13 3,26 169 21,40 17
4 200,15 5,14 139 35,35 31
5 195,77 7,22 101 53,02 48
8 179,78 14,80 114 46,98 37
9 173,35 17,84 71 66,98 59
10 166,28 21,19 31 85,58 81
11 158,53 24,87 29 86,51 82
12 150,02 28,90 21 90,23 86
15 119,47 43,38 17 92,09 86
16 107,44 49,08 13 93,95 88
17 94,44 55,24 17 92,09 82
18 80,50 61,85 11 94,88 86
19 65,69 68,87 15 93,02 77
22 19,50 90,76 11 94,88 44
23 6,95 96,71 15 93,02 -116
24 0,03 99,99 11 94,88 -35374
25 -0,01 100,01 7 96,65 61695
26 0,00 100,00 7 96,65 -1126902
29 0,00 100,00 7 96,65 2971941
30 0,00 100,00 7 96,65 -7835120
Universitas Sumatera Utara
50
A. 9 Data Reduksi COD untuk konsentrasi Umpan 237 g/L
t (hari) COD pemodelan
(g/L)
%
removal
COD Praktik
(g/L)
%
removal % error
1 237,00 0 237,0 0 0
2 232,61 2,05 169,0 28,69 27,35
3 227,71 4,36 187,0 21,10 17,88
4 222,27 6,97 147,0 37,97 33,86
5 216,21 9,90 122,0 48,52 43,57
8 193,70 21,00 117,0 50,63 39,60
9 184,53 25,57 79,0 66,67 57,19
10 174,40 30,62 47,0 80,17 73,05
11 163,24 36,16 37,0 84,39 77,33
12 151,00 42,21 41,0 82,70 72,85
15 107,41 62,84 30,0 87,34 72,07
16 90,72 70,15 21,0 91,14 76,85
17 73,22 77,29 21,0 91,14 71,32
18 55,36 83,91 17,0 92,83 69,29
19 37,89 89,57 23,0 90,30 39,30
22 2,59 98,53 25,0 89,45 -863,60
23 0,31 99,36 23,0 90,30 -7302,39
24 0,02 99,73 21,0 91,14 -109501,76
25 0,00 99,89 17,0 92,83 ~
26 0,00 99,96 17,0 92,83 ~
29 0,00 100,00 17,0 92,83 ~
30 0,00 100,00 17,0 92,83 ~
A. 10 Data Reduksi COD (2) dengan Konsentrasi Umpan 81,6 (g/L)
t (hari) S Praktek (mg/L) S/S0 ln S/So -ln S/S0 Spemodelan (mg/L) % error
1 81,60 1 0 0 81,60 0,00
2 73,60 0,902 -0,103 0,103 75,42 0,02
3 60,60 0,743 -0,298 0,298 69,71 0,13
4 50,60 0,620 -0,478 0,478 64,44 0,21
5 49,60 0,608 -0,498 0,498 59,56 0,17
8 31,60 0,387 -0,949 0,949 47,03 0,33
9 48,60 0,596 -0,518 0,518 43,47 -0,12
10 23,60 0,289 -1,241 1,241 40,18 0,41
11 22,60 0,277 -1,284 1,284 37,14 0,39
12 27,60 0,338 -1,084 1,084 34,33 0,20
15 19,60 0,240 -1,426 1,426 27,10 0,28
16 25,60 0,314 -1,159 1,159 25,05 -0,02
17 25,60 0,314 -1,159 1,159 23,16 -0,11
18 23,60 0,289 -1,241 1,241 21,40 -0,10
19 19,60 0,240 -1,426 1,426 19,78 0,01
Universitas Sumatera Utara
51
22 19,20 0,235 -1,447 1,447 15,62 -0,23
23 19,60 0,240 -1,426 1,426 14,44 -0,36
24 8,30 0,102 -2,286 2,286 13,35 0,38
25 8,30 0,102 -2,286 2,286 12,34 0,33
26 8,30 0,102 -2,286 2,286 11,40 0,27
29 8,30 0,102 -2,286 2,286 9,00 0,08
30 8,30 0,102 -2,286 2,286 8,32 0,00
A. 11 Data Reduksi COD (2) dengan Konsentrasi Umpan 215 (g/L)
t (hari) S Praktek (mg/L) S/S0 ln S/So -ln
S/S0
S pemodelan
(mg/L) % error
1 215 1 0 0 215 0,00
2 165 0,767 -0,26 0,26 188 0,12
3 169 0,786 -0,24 0,24 165 -0,02
4 139 0,647 -0,44 0,44 145 0,04
5 101 0,470 -0,76 0,76 127 0,20
8 114 0,530 -0,63 0,63 85 -0,33
9 71 0,330 -1,11 1,11 75 0,05
10 31 0,144 -1,94 1,94 66 0,53
11 29 0,135 -2,00 2,00 58 0,50
12 21 0,098 -2,33 2,33 50 0,58
15 17 0,079 -2,54 2,54 34 0,50
16 13 0,060 -2,81 2,81 30 0,56
17 17 0,079 -2,54 2,54 26 0,35
18 11 0,051 -2,97 2,97 23 0,52
19 15 0,070 -2,66 2,66 20 0,25
22 11 0,051 -2,97 2,97 13 0,19
23 15 0,070 -2,66 2,66 12 -0,27
24 11 0,051 -2,97 2,97 10 -0,06
25 7 0,033 -3,40 3,40 9 0,21
26 7 0,033 -3,40 3,40 8 0,10
29 7 0,033 -3,40 3,40 5 -0,34
30 7 0,033 -3,40 3,40 5 -0,53
A. 12 Data Reduksi COD (2) dengan Konsentrasi Umpan 237 (g/L)
t (hari) S Praktek (mg/L) S/S0 ln S/So -ln S/S0 S
teori(mg/L) %error
1 237,00 1 0 0 237,00 0,00
2 169,00
0,713 -0,338 0,338 214,72 0,21
3 187,00 0,789 -0,237 0,237 194,53 0,04
4 147,00 0,620 -0,478 0,478 176,24 0,17
5 122,00 0,515 -0,664 0,664 159,67 0,24
8 117,00 0,494 -0,706 0,706 118,73 0,01
Universitas Sumatera Utara
52
9 79,00 0,333 -1,099 1,099 107,57 0,27
10 47,00 0,198 -1,618 1,618 97,45 0,52
11 37,00 0,156 -1,857 1,857 88,29 0,58
12 41,00 0,173 -1,754 1,754 79,99 0,49
15 30,00 0,127 -2,067 2,067 59,48 0,50
16 21,00 0,089 -2,424 2,424 53,89 0,61
17 21,00 0,089 -2,424 2,424 48,82 0,57
18 17,00 0,072 -2,635 2,635 44,23 0,62
19 23,00 0,097 -2,333 2,333 40,07 0,43
22 25,00 0,105 -2,249 2,249 29,80 0,16
23 23,00 0,097 -2,333 2,333 27,00 0,15
24 21,00 0,089 -2,424 2,424 24,46 0,14
25 17,00 0,072 -2,635 2,635 22,16 0,23
26 17,00 0,072 -2,635 2,635 20,08 0,15
29 17,00 0,072 -2,635 2,635 14,93 -0,14
30 17,00 0,072 -2,635 2,635 13,52 -0,26
A. 13 Data Perhitungan nilai µ dengan Persamaan Monod
t (hari) S (mg/L) µ (8,16 g/L) µ (215 g/L) µ (237 g/L)
1 150 0,115 0,127 0,108
2 145 0,115 0,126 0,107
3 140 0,115 0,126 0,107
4 135 0,115 0,125 0,106
5 130 0,114 0,124 0,105
6 125 0,114 0,123 0,104
7 120 0,114 0,122 0,103
8 115 0,113 0,121 0,102
9 110 0,113 0,120 0,101
10 105 0,113 0,119 0,099
11 100 0,112 0,118 0,098
12 95 0,112 0,117 0,097
13 90 0,112 0,115 0,095
14 85 0,111 0,114 0,093
15 80 0,110 0,112 0,091
16 75 0,110 0,110 0,090
17 70 0,109 0,108 0,087
18 65 0,108 0,106 0,085
19 60 0,107 0,103 0,082
20 55 0,106 0,100 0,080
21 50 0,105 0,097 0,076
22 45 0,103 0,093 0,073
23 40 0,102 0,089 0,069
24 35 0,099 0,084 0,064
Universitas Sumatera Utara
53
25 30 0,096 0,078 0,059
26 25 0,093 0,072 0,053
27 20 0,088 0,063 0,046
28 15 0,080 0,053 0,038
29 10 0,069 0,040 0,028
30 5 0,048 0,023 0,015
Universitas Sumatera Utara
54
LAMPIRAN B
CONTOH PERHITUNGAN
B.1 PERHITUNGAN NILAI MLSS
Dari Tabel A.2 diperoleh:
Pada konsentrasi Umpan 84.600 mg/L
Volume Sampel= 10 ml
A = 0,9503 g
B = 0,9510 g
MLSS (mg/L = (mL) Sampel Volume
1000x KS)-B-(A
= x
= 700 g/L =0,7 g/L
B.2 PERHITUNGAN COD PENELITIAN
Dari Tabel A.2 diperoleh:
Pada konsentrasi Umpan 81.600 mg/L
Volume sampel = 2,5 ml
A = 2,5 ml
B = 0,7 ml
Fp = 250 ml
N = VK2Cr2O7 x N K2Cr2O7
VFAS
= 10 ml x 0,05
9,1 ml
= 0,055
mg/L O2 = (A – B) (N) (8000) Fp
ml sampel
= (2,5-0,66) (0,055)(8000) (250)
2,5 ml
COD (mg/L) = 73.600 mg/L =73,6 g/L
Universitas Sumatera Utara
55
B.3 PERHITUNGAN COD REMOVAL
Dari Tabel A.2 diperoleh:
Pada konsentrasi Umpan 81,6 g/L
COD1 = 81,6 g/L
COD2 = 73,6 g/L
Degradasi COD (%) = X 100%
=
= 9,8 %
B.4 MENGHITUNG PERSEN ERROR COD
COD TEORI = 81,07 g/L
CODPENELITIAN = 73,6 g/L
% error = x 100%
=
= 9,21%
Universitas Sumatera Utara
56
LAMPIRAN C
DOKUMENTASI
Gambar C.1 Sistem Bioreaktor Anaerobik Berpenyekat
Universitas Sumatera Utara
57
Gambar C.2 Vial analisa Chemical Oxygen Demand (COD)
Gambar C.3 Peralatan Analisis Chemical Oxygen Demand (COD)
Gambar C.4 Oven analisa COD
Universitas Sumatera Utara
58
Gambar C.5 Kertas Saring untuk Analisis MLSS
Gambar C.6 Timbangan Analitik
Universitas Sumatera Utara
top related