SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX

SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX - 2012 Advances in Agricultural and Municipal Waste Technology to Anticipate Food and Energy Crisis Surabaya, 10 July 2012

Kajian Pemakaian Sampah Organik Rumah Tangga Untuk Masyarakat Berpenghasilan Rendah Sebagai Bahan Baku Pembuatan Biogas Study of Using Household Organic Waster for low income people as a substrate of making biogas Selly Meidiansari a*, Eddy S. Soedjono b Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 60111 *

Email : [email protected]

Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis potensi biogas yang berasal dari sampah rumah tangga. Sampah organik rumah tangga berupa sampah sisa makanan yang didapat dari depot-depot makan sekitar Keputih, Surabaya. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah perbandingan komposisi feed sampah sisa makanan dan kotoran sapi yaitu 70:30 , 50:50 dan 30:70. Variasi kedua yaitu variasi penambahan EM 4 untuk perbandingan komposisi yang paling optimal dalam menghasilkan biogas (variabel 1) sebesar 0,1%. Masing-masing dari variasi berisi 7L sampel. Parameter dalam penelitian ini adalah COD, pH, temperatur, TS, dan VS. Paramater diukur di awal dan akhir penelitian.Volume gas diukur selama penelitian. Penelitian dilakukan selama 21 hari. Dari hasil penelitian, Diantara ketiga perbandingan komposisi yang menghasilkan volume biogas paling optimal adalah pada Reaktor A3 yaitu perbandingan komposisi sampah makanan dan kotoran sapi 30 : 70 dengan rata-rata 1074,28 L/hari. Setelah didapatkan volume gas yang optimal, dilakukan variasi kedua yaitu penambahan EM 4 sebanyak 7 ml. Namun pada variasi kedua yaitu penambahan EM 4 pada Reaktor A3 yaitu sebanyak 7 ml kurang berpotensi dalam menghasilkan biogas. Hal ini disebabkan cairan EM4 mengandung berbagai bakteri yang dapat menguraikan selulosa menjadi senyawa sederhana dan kemudian difermentasi menjadi asam, sehingga gas tidak bisa diproduksi lagi.

Abstract This research is to analyze potential of biogas from household organic waste. Household organic waste is consist of food trash which coming from restaurants in Keputih District, Surabaya. Variations that is used in this research is ratio of organic waste and cow manure 70:30, 50:50, 30:70. The second variation is by adding EM 4 0,1% in the first variation which give the best biogas. Each variation is contain 7 L. Parameters are COD, pH, TS, VS, and temperature. Parameters Measured at the beginning and end of research. The research was carried out during 21 days. This result showed that the best composition in first variation is 30:70 (organic waste:cow manure) have average 1074,28 L/day. Once the optimal of gas are obtained from the first variation, the second variation is by adding EM 4 7 ml. But the problem is adding EM 4 has less potential for producting biogas. It is caused by the EM 4 is contain of bacteries that able to loose the cellulose become simple compunds and then fermented become acid so that gas is no longer producted. Keywords : biogas, cow manure, organic waste

1


1. Pendahuluan Indonesia adalah negara kepulauan yang memiliki jumlah penduduk yang banyak. Lebih dari 237 juta jiwa jumlah penduduk di Indonesia dimana lebih dari 31 juta jiwa berpenghasilan rendah / miskin (SUSENAS, 2011). Seiring dengan berjalannya waktu, pemanfaatan energi alternatif pun mulai diperhitungkan meskipun masyarakat Indonesia masih tergolong sedikit penggunanya. Salah satu teknologi terapan yang ramah lingkungan, biaya murah dan mudah diterapkan adalah pembuatan biogas. Selain kotoran sapi, sampah organik rumah tangga belum dimanfaatkan secara maksimal. Padahal, sampah organik rumah tangga bisa dijadikan bahan baku yang dapat menghasilkan energi terbarukan (renewable) dalam bentuk biogas (Mayasari, 2010). Penggunaan sistem reaktor biogas memiliki keuntungan yaitu mengurangi efek gas rumah kaca, mengurangi bau yang tidak sedap, mencegah penyebaran penyakit, panas, daya (mekanis/listrik) dan hasil samping berupa pupuk padat dan cair. 2. Metodologi Pada penelitian ini dilakukan 2 variasi, variasi pertama yaitu perbandingan komposisi antara sampah sisa makanan dan kotoran sapi 70:30, 50:50, 30:70. Variasi kedua yaitu penambahan EM 4 sebesar 0,1% pada reaktor yang menghasilkan gas paling optimum pada variasi 1. Penelitian dilakukan secara batch untuk mengetahui kondisi optimum dari perbandingan komposisi sampah rumah tangga dengan kotoran sapi. Dalam penelitian ini menggunakan 8 reaktor dengan 2 reaktor sebagai kontrol. Reaktor terbuat dari jerigen plastik bervolume 7 L yang dilengkapi selang untuk mengalirkan gas dari reaktor dan juga ruangan dengan sekat untuk menampung gas hasil proses fermentasi. Gelas ukur diisi penuh dengan air untuk mengetahui berapa volume gas yang dihasilkan.

Gambar 1. Desain Reaktor Keterangan : a. Jerigen b. Substrat c. Selang

d. Gelas ukur e. Ember+air f. Cawan Petri

Sampel sampah sisa makanan didapat dari depot-depot makan di Kelurahan Keputih, Surabaya dihaluskan dengan cara diblender dengan tambahan air dengan rasio 1:1. Kotoran sapi dihaluskan dengan air rasio 1:1. Analisis parameter dilakukan di awal dan akhir penelitian untuk mengetahui nilai COD, TS, VS, pH dan suhu. Untuk metode analisis produksi gas metana dilakukan dengan 2 cara: 1. Perhitungan volume gas dari pengamatan gelas ukur 2. Perhitungan produksi biogas dengan penurunan COD selama proses fermentasi 2


CH4+2O2

CO2+H2O

Dari reaksi diatas, COD per mol metana adalah 2x32 g O2/mol=64 g O2/mol CH4. Volume metana per mol pada kondisi standart(00C dan 1 atm) adalah 22,414 L didapat dari rumus berikut : P x V = nRT Ket. : P = tekanan (atm) R = 0,082057 mol*L/mol*K V = volume gas (liter) T = suhu (kelvin) n = berat molekul (mol) Jadi volume CH4 berdasarkan konversi COD dalam reaktor anaerobik sebesar 22,414/64 = 0,35 liter CH4/g COD.

Volume Gas (ml)

3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Batch 1 Pada Batch 1 ini pencampuran antara sampah sisa makanan dan tinja sapi sebesar 70:30, 50:50, 30:70. Feed diisi sebanyak 7L di dalam jerigen 10L.Sampah dihaluskan dengan menggunakan blender dengan perbandingan sampah dan air adalah 1:1. Pengamatan pembentukan biogas dilakukan setiap hari selama 21 hari. Dilakukan pencatatan volume pembentukan biogas(ml). Penurunan muka air pada gelas ukur menunjukkan volume biogas yang terbentuk seperti tampak pada Gambar 1 : A1 A2 A3 KKS KSM

3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

0

5

10

Waktu (Hari)

15

20

25

Gambar 1. Grafik Volume Biogas Keterangan :

A1: Perbandingan Komposisi Sampah Makanan:Kotoran Sapi 70:30 A2: Perbandingan Komposisi Sampah Makanan:Kotoran Sapi 50:50 A3: Perbandingan Komposisi Sampah Makanan:Kotoran Sapi 30:70 KSM : Kontrol Sampah Makanan KKS : Kontrol Kotoran Sapi Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa laju pembentukan biogas maksimum terjadi di variasi perbandingan komposisi 30 : 70 dengan pencapaian volume biogas rata-rata 1074,28 L. Tabel 1. Analisa kadar COD awal dan akhir tiap reaktor Reaktor A1 A2 A3 KSM KKS

COD Awal (mg/l) 268.800 313.600 403.200 201.600 134.400

COD Akhir (mg/l) 134.400 179.200 112.000 89.600 98.560

Selisih

% Removal

134.400 134.400 291.200 112.000 35.840

50 42,86 72,22 55,56 26,67

% removal COD terbesar terjadi pada Reaktor A3 (30:70) sebesar 72,22%. Hal ini dipengaruhi oleh dipengaruhi oleh kondisi mikroorganisme pengurai pada tiap reaktor dan kondisi lingkungan yang mempengaruhi proses. 3


Tabel 2. Analisa Parameter pH Reaktor

pH awal

pH akhir

A1

5,28

4,96

A2

5,12

4,66

A3

6,01

4,93

KSM

5,95

3,57

KKS

6,23

5,41

pH awal masih dibawah pH optimum. Maka dalam penelitian kali ini penambahan alkali seperti NaOH sampai pH mendekati netral. Peningkatan pH optimal akan memacu proses pembusukan. Sehingga meningkatkan efektifitas kerja mikroba dan berdampak pada peningkatan produksi biogas (Mahajoeno, 2008). Tabel 3. Analisa parameter suhu Reaktor

Temperatur Awal

Temperatur Akhir

A1

27

33

A2

26

33

A3

26

33

KSM

27

32

KKS

27

33

Temperatur awal berkisar 250C-270C. Sedangkan temperatur akhir penelitian berkisar 32330C. Temperatur ini masih kurang dibandingkan dengan temperatur kerja optimum untuk proses biogas yaitu 350C. Tabel 4.Analisa TS tiap reaktor Reaktor

TS awal (gram)

TS akhir (gram)

selisih

% removal

A1

1,61

0,86

0,76

46,95

A2

3,15

0,51

2,65

83,97

A3

2,16

0,57

1,59

73,44

KSM

2,52

0,79

1,73

68,78

KKS

1,80

0,82

0,98

54,58

Rata-rata penurunan TS sebesar 65,54%. Penurunan terbesar terjadi pada Reaktor A2 (50:50) sebesar 83,97%. Penurunan nilai TS menunjukkan adanya proses degradasi. Tabel 5. Analisa VS tiap reaktor Reaktor

% VS awal

A1 A2 A3 KSM KKS

0,96 0,97 0,89 0,98 0,92

% VS akhir

selisih

0,93 0,75 0,74 0,68 0,85

0,03 0,22 0,15 0,30 0,07

Penurunan terbesar terjadi pada Reaktor A2 (50:50) yaitu 0,22 %. Sedangkan selisih terkecil terjadi pada Reaktor A1 yaitu 0,03%. 4


3.2 Batch 2 Setelah diketahui perbandingan komposisi yang optimum menghasilkan gas, yaitu perbandingan komposisi 30:70 yaitu 3060 ml dengan waktu tinggal 21 hari. Penelitian batch 2 ini dilakukan dengan penambahan EM4. Jadi, dalam penelitian batch II ini untuk substrat dengan volume 7 L maka penambahan EM4 sebanyak 7 ml. Laju produksi biogas bisa dilihat di Gambar 2.

Volume Gas (ml)

Reaktor B1 3000 2000 1000 0 0

5

10

15

20

25

Hari

Gambar 2. Laju Produksi Biogas

Produksi gas pada hari ke-1 sebesar 1800 ml. Hari ke-5 produksi gas mencapai 2250 ml. Namun pada hari ke-15 hingga hari ke-21 Reaktor B1 tidak memproduksi gas karena cairan EM 4 mengandung berbagai bakteri yang dapat menguraikan selulosa menjadi senyaa sederhana dan kemudian difermentasi menjadi asam, sehingga gas tidak diproduksi lagi. % removal COD pada Reaktor B1 sebesar 73%. Besarnya nilai penurunan bahan organik dipengaruhi oleh kondisi mikroorganisme pengurai pada tiap reaktor dan kondisi lingkungan yang mempengaruhi proses. pH awal pada masing-masing perbandingan komposisi masih dibawah pH optimum yaitu 6,1. Kondisi seperti ini berpengaruh terhadap rendahnya kandungan metana di dalam biogas yang dihasilkan. Maka dalam penelitian kali ini penambahan alkali seperti NaOH sampai pH mendekati netral. Temperatur awal berkisar 250C-270C, temperatur akhir penelitian berkisar 32-330C. Temperatur ini masih kurang dibandingkan dengan temperatur kerja optimum yaitu 350C (Ratnaningsih, 2009). Penurunan TS pada Reaktor B1 sebesar 67,29%. Semakin besar penurunan nilai TS menunjukkan bahwa proses degradasi yang semakin besar terjadi pada reaktor. Penurunan VS pada Reaktor B1 sebesar 45,73%. Penurunan nilai VS terjadi akibat adanya proses biodegradasi sampah organik oleh mikroorganisme, baik yang berasal dari sampah itu sendiri maupun yang berasal dari kotoran sapi (biostarter). 4. Kesimpulan Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa Volume biogas optimal terjadi pada reaktor A3 dengan perbandingan komposisi 30 : 70 yaitu menghasilkan biogas sebesar 21,170 L. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas antara 10-21 hari. % COD removal terbesar terjadi pada Reaktor A3 yaitu 72,22%

5


5. Daftar Pustaka Mahajoeno, Edwi. 2008. Pengembangan Energi Terbarukan dari Limbah Cair Pabrik Minyak Kelapa sawit. Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor Mayasari, dkk. 2010. Pembuatan Digester Dengan Uji Coba Kotoran Sapi Sebagai Bahan Baku. Program Studi D3 Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Ratnaningsih, H. Widyatmoko, Trieko Yananto. 2009. Potensi Pembentukan Biogas Pada Proses Biodegradasi Campuran Sampah Organik Segar dan Kotoran Sapi Dalam Batch Reaktor Anaerob. Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Arsitektur Lansekap dan Teknologi Lingkungan Universitas Trisakti, Jakarta.

6

SCIENTIFIC CONFERENCE OF ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY IX

Recommend Documents