839 1799-1-sm

Click here to load reader

Embed Size (px)

Transcript of 839 1799-1-sm

  1. 1. LAPORAN PENELITIAN HIBAH KOMPETITIF PENELITIAN SESUAI PRIORITAS NASIONAL TEMA: SENI DAN BUDAYA/INDUSTRI KREATIF PENGEMBANGAN PRODUKSI BIOPLASTIK UNTUK KERAJIANAN ASESORIS DARI GLISEROL SEBAGAI PEMANFAATAN LIMBAH INDUSTRI BIODISEL Rita Dwi Ratnani, ST., M.Eng M. Arief Budihardjo, ST, M.EngSc Ir. Deddy Kurniawan Wikanta, MM DIBIAYAI OLEH DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI SURAT PERJANJIAN NO: 513/SP2H/PP/DP2M/VII/2010 tanggal 24 Juli 2010 DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN TINGGI DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS WAHID HASYIM SEMARANG NOVEMBER 2010 REKAYASA
  2. 2. HALAMAN PENGESAHAN 1. Judul Penelitian : Pengembangan Produksi Bioplastik Untuk Kerajinan Asesoris dari Gliserol Sebagai Pemanfaatan Limbah Industri Biodisel 2. Ketua Peneliti : a. Nama Lengkap b. Jenis Kelamin c. NPP d. Jabatan Struktural e. Jabatan fungsional f. Fakultas/Jurusan g. Pusat Penelitian h. Alamat i. Telpon/Faks j. Alamat Rumah k.Telpon/Faks/E-mail 3. Jangka Waktu Penelitian Usulan ini adalah usulan tahun ke : : : : : : : : : : : : : Rita Dwi Ratnani, ST, M.Eng Perempuan 05.01.1.0067 Sekretaris Fakultas Lektor Teknik /Teknik Kimia Fakultas Teknik FakultasTeknik Universitas Wahid Hasyim Jl. Menoreh Tengah X/ 22 Semarang 024-8505680-8505681/024-8505680 Perum Villa Tembalang Jl. Bulusan Selatan C/9 Tembalang Semarang 081805945690/ [email protected] tahun, 2010-2011 1 4. Pembiayaan a. Jumlah yang diajukan ke Dikti tahun ke-1: Rp. 77.500.000 b. Jumlah yang diajukan ke Dikti tahun ke-2: Rp. 100.000.000 Mengetahui, Semarang, 31 Desember 2010 Dekan Fakultas Teknik Ketua Peneliti, Universitas Wahid Hasyim Semarang Helmy Purwanto, ST., MT Rita Dwi Ratnani, ST., M.Eng NPP. 05.01.1.0060 NPP. 05.01.1.0067 Menyetujui, Ketua Lembaga Penelitian dan Pengabdian Masyarakat Universitas Wahid Hasyim Semarang Tolkhatul Khoir,S.Ag.,M.Ag NIP.197701202005011005
  3. 3. RINGKASAN DAN SUMMARY Salah satu upaya yang dilakukan untuk mengatasi masalah yang ditimbulkan oleh sampah plastik adalah dengan membuat material plastik yang dapat didegradasi, antara lain dengan memanfaatkan limbah cair industri biodisel yang memiliki kandungan zat-zat organik (C, H, O, N, S). Adanya zat-zat ini dapat dimanfaatkan dengan pengolahan secara fermentasi menggunakan mikroorganisme lumpur aktif menjadi plastik yang terdegradasi. Jenis plastik yang terbentuk dalam proses ini adalah Polihidroksialkanoat (PHA). PHA dapat terdegradasi sempurna dan memiliki sifat yang mirip dengan kelebihan yang dimiliki oleh plastik konvensional. Tujuan penelitian adalah mengembangkan produksi bioplastik (PHA) melalui proses fermentasi gliserol dengan menggunakan mikroba dari lumpur aktif pabrik tekstil dalam sequenching batch bioreactor. Target yang ingin dicapai berupa data-data teknis laboratorium untuk perancangan, scale-up dan pengoperasian proses yang meliputi kinetika reaksi fermentasi, kondisi operasi yang optimum dan analisa tekno-ekonomi. Pada tahun pertama dilakukan perancangan dan pabrikasi sequenching batch bioreactor dilanjutkan studi kinetika reaksi fermentasi dan pemodelan menggunakan komputasi proses. Penyusunan model dilakukan berdasarkan teori kinetika Monod dan MichaelisMenten. Model yang dipostulasi, kemudian diturunkan untuk memperoleh persamaan yang nantinya akan diuji dan divalidasi dengan menggunakan data yang diperoleh dari eksperimental. Hasil penelian menunjukkan bahwa pelarut yang baik untuk proses perlakuan ekstraksi PHA adalah metanol, yaitu sebesar 0.3g/L. Hasil yang diperoleh relatif baik pada perendaman 2 jam dengan perolehan PHA sebesar 0,44g/L. Model matematika ditentukan dengan metode algoritma genetika yang disusun dalam bentuk persamaan diferensial simultan dan diselesaikan dengan metode Runge Kutta menggunakan bahasa pemrograman MATLAB. Persamaan differensial diperoleh dari penurunan neraca massa dan substitusi persamaan kecepatan regenerasi/pertumbuhan sel (rg), kecepatan penurunan/kematian sel (rd) dan kecepatan konsumsi substrat untuk menjaga aktifitas sel (rsm). Konsentrasi PHA yang dihasilkan dapat menjadi penghambat pertumbuhan sel dan menurunkan kecepatan reaksi bahkan sampai menghentikan reaksi (Cp*) dikenal sebagai pengaruh product-inhibition. Kecepatan regenerasi meningkat seiring dengan waktu dan mulai menurun setelah 9 jam.
  4. 4. SUMMARY Plastic creates so much pollution and landfill crisis that various attempts have been made to solve these problems. One of these attempts is to create a biodegradable plastic from substrate such as waste of biodiesel industry which is rich of organic substance (C, H, O, N, S). The organic substance and by taking the advantage of the activated sludge can be fermentated in order to produce biodegradable plastics. The type of the bioplastics is polyhydroxyalkanoate (PHA). PHA can be completely degraded and posses the benefit of the conventional plastics characteristics. The objective of this research was to develop the production of bioplastics (PHA) through glycerol fermentation in a textile activated sludge on a sequenching batch bioreactor. Targets of the research were to gain laboratorium technical data for designing, scale-up and operational process whic is comprised of fermentation reaction kinetics, optimum process condition and techno-economics analysis. The first year of the research sequence was conducted by designed and fabricated the sequenching batch bioreactor, followed by fermentation kinetics study and process computational modelling. The models were developed based on Monod and Michaelis Menten kinetics theory. The postulated models then be derived in order to get equations. The equations were tested and validated by using the experimental data. The research showed that the suitable solvent for the pretreatment step of the PHA extraction process was methanol. The PHA recovery in methanol addition was 0.3g/L. The best duration of the submerging process of the PHA extraction process was 2 hours, which could recovered PHA up to 0,44g/L. The mathematical model was determined by genetic algorithm method which was arranged in a simultan differential equation and resolved by Runge Kutta method based on Matlab program. The differential equation was obtained from the derivation of the mass balance and the subtitution of the regeneration rate equation or the sel growth (rg), rate of the cell death (rd) and substrate consumption rate to maintain the cell activity (rsm). The concentration of the PHA produced in the fermentation process can inhibit the cell growth and decreased the rate of the reaction, moreover, it can even stopped the reaction (Cp*). This phenomena is known as the product-inhibition. The rate of the regeneration increased along with the fermentation time and started to decrease after 9 hours of the fermentation time.
  5. 5. PRAKATA Penelitian merupakan unsur kedua Tri Darma Perguruan Tinggi, serta sebagai sarana untuk meningkatkan kualitas pengajar, serta merupakan masukan yang dapat dipergunakan masyarakat. Puji syukur peneliti panjatkan kehadurat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah dan barokah-Nya sehingga penelitian ini dapat terlaksana. Dengan selesainya penelitian ini, peneliti mengucapkan terima kasih sebesar- besarnya kepada: 1. Direktorat Jenderal Perguruan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional yang telah membiayai penelitian ini. 2. Pimpinan Universitas Wahid Hasyim Semarang yang telah memberikan kepercayaan untuk melaksanakan penelitian. 3. Ketua Lembaga Penelitian Universitas Wahid Hasyim Semarang yang telah memberikan rekomendasi sehingga terlaksananya penelitian ini. 4. Dekan Fakultas Teknik Universitas Wahid Hasyim Semarang dan Dekan Fakultas Teknik Universitas Diponegoro yang telah menyediakan fasilitas untuk melaksanakan penelitian. Peneliti menyadari laporan ini masih ada kekurangan, oleh sebab itu, kritik dan saran pembaca sangat diharapkan guna perbaikan dan kesempurnaan penelitian ini. Peneliti berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi pihak-pihak yang memerlukan. Semarang, 11 November 2010 Tim Peneliti
  6. 6. DAFTAR ISI Halaman Halaman Pengesahan .............................................................................................. ii Ringkasan dan Summary ....................................................................................... iii Prakata......................................................................................................................v Daftar Isi ................................................................................................................ vi Daftar Tabel ......................................................................................................... viii Daftar Gambar ....................................................................................................... ix Daftar Lampiran.......................................................................................................x BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...........................................................................4 2.1 Plastik Biodegradable.....................................................................................4 2.2 Polihidroksialkanoat .......................................................................................5 2.2.1 Jenis-jenis PHA...............................................................................................7 2.2.2 Produksi PHA oleh Lumpur Aktif Anaerobik-Aerobik..................................7 2.3 Sistem Lumpur Aktif ......................................................................................8 2.4 Sequencing Batch Reactor..............................................................................8 2.5 Penelitian-penelitian Terdahulu......................................................................9 BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN .......................................11 BAB I