Abstrak. Kata kunci: digesti anaerobik, perkolasi, TPA Cipayung, sampah organik, pengomposan

Potensi dan Desain Instalasi Digesti Anaerobik – Pengomposan Aerobik untuk Pengolahan Sampah Organik di TPA Cipayung, Kota Depok, dengan Tambahan Tinja Sapi Akbar Pratama1,*, Firdaus Ali1, dan Abdul Kholiq2 1

2

Program Studi Teknik Lingkungan, Universitas Indonesia Balai Teknologi Lingkungan, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Email: [email protected]

Abstrak Kota Depok memiliki potensi sampah organik yang melimpah untuk diolah secara anaerobik dan aerobik untuk mendapatkan produk biogas dan kompos. Sebanyak 62 ton lebih per hari sampah organik masuk ke Kota Depok. Penelitian ini bertujuan mencari potensi biogas sampah organik TPA Cipayung yang dikombinasikan dengan tinja sapi dengan perbandingan massa 3:1 dengan metode tumpuk mesofilik perkolasi. Hasilnya adalah potensinya sebesar 278,903 L/Kg TS. Namun, terjadi masalah penyumbatan di awal inisiasi dan juga proyeksi bahwa akan sulit untuk mengangkut tinja sapi dengan massa yang begitu besar ke TPA Cipayung. Selanjutnya adalah pembahasan desain untuk instalasi digesti anaerobik dan pengomposan aerobik dengan perbandingan massa sampah dan tinja 100:1 untuk mengolah 60% massa sampah organik yang masuk dan untuk desain 10 tahun. Diperlukan luas lahan sebesar 0,7251 Ha. Kata kunci: digesti anaerobik, perkolasi, TPA Cipayung, sampah organik, pengomposan

Potency and Design of Anaerobic Digestion – Aerobic Composting Plant for Cipayung Landfill, Depok City, Organic Waste Processing with Cow Dung Addition Abstract Depok City has abundant organic waste to be processed anaerobically and aerobically. This research try to determine the biogas yield potency of mesophilic percolated batch with mass ratio organic waste:cow dung 3:1. The potency is 278,903 L/Kg TS. Nevertheless, the method has major setbacks for upscaling. The system experienced cloggings and the water must be added and the transportation of the cow dungs on the full scale of the method that would be used. The next exposition is about the design description of combined anaerobicaerobic waste installation for Cipayung Landfill for 10 years design of 60% organic processed. The proposed design is using mass ratio of organic waste:cow dung for 100:1. 0,7251 Ha area is needed for completion. Keyword: anaerobic digestion, percolation., Cipayung Landfill, organic waste, composting

1.

Pendahuluan

1.1. Latar Belakang Kota Depok, yang saat terletak di sebelah utara ibukota DKI Jakarta, adalah salah satu kota yang sedang berkembang dari segi kependudukan dan ekonominya. Jumlah dan laju pertumbuhan penduduk di kota Depok mempengaruhi jumlah timbulan limbah padat. Depok merupakan kota yang mempunyai jumlah penduduk mencapai 1.736.565 jiwa (Pemerintah

Potensi dan desain..., FT-UI, 2013

Kota Depok, 2010) dan mempunyai laju pertumbuhan penduduk sebesar 6,36 % (Pemerintah Kota Depok, 2010).

Menurut Departemen Teknik Sipil Universitas Indonesia (2008),

timbulan limbah padat di Kota Depok pada tahun 2007 dan 2008 sebesar 1,38 liter/orang/hari dan komposisi limbah padat terdiri dari 65,11 % organik dan 34,89% anorganik. Pemerintah daerah Kota Depok berkewajiban mengelola timbulan sampah berdasarkan UU No. 18 Tahun 2008 Tentang Pengelolaan Sampah. Sistem pengelolaan sampah di Kota Depok menggunakan sistem pengumpulan dari sumber penghasil sampah, pengumpulan dan pengelolaan pada Unit Pengolahan Sampah (UPS), dan pembuangan akhir pada tempat Pengolahan Akhir (TPA). Di Kota Depok, TPA yang ada adalah TPA Cipayung, Kecamatan Pancoranmas. Permasalahan yang timbul akibat timbulan sampah yang besar adalah berkembangnya vektor penyakit, pencemaran udara, dan pencemaran air dan tanah. Wadah sampah yang terdapat di perumahan maupun penampungan sampah komunal merupakan tempat yang sangat ideal bagi pertumbuhan vektor penyakit terutama lalat dan tikus. Berdasarkan permasalahan di atas dapat terlihat dampak negatif dari besarnya timbulan sampah sehingga diperlukan suatu penanganan untuk mencegah/mengurangi timbulan sampah. Khususnya pengolahan sampah organik yang bila dilakukan dengan efektif, dapat mengurangi timbulan sampah keseluruhan dengan baik karena berdasarkan data Departemen Teknik Sipil Universitas Indonesia (2008), sampah organik lebih banyak daripada sampah non-organik. Salah satu metode yang bisa dipakai dalam pengolahan sampah organik adalah digesti anaerobik dengan lanjutan pengomposan aerobik. 1.2. Permasalahan dan Pertanyaan Penelitian Salah satu teknik pengolahan sampah organik adalah digesti anaerobik. Digesti anaerobik secara singkat adalah mengolah sampah organik yang ada dengan anaerobis dalam waktu tertentu di suatu reaktor. Setelah itu dikeluarkan dan bisa dilanjutkan dengan pengolahan pengomposan aerobik. Salah satu cara digesti anaerobik yang dapat dilakukan adalah secara anaerobik dengan reaktor tipe garasi. Digesti anaerobik tipe garasi cukup umum dipakai di negara-negara eropa, khususnya Jerman. Untuk pengaplikasian desain dan pengoperasiannya pada perencanaan di TPA Cipayung, beberapa hal perlu diperhatikan: 1) Bagaimana produksi biogas dengan bahan utama sampah organik TPA Cipayung dengan tambahan tinja sapi? 2) Bagaimana desain instalasi digesti anaerobik beserta pengomposan aerobik untuk TPA Cipayung tersebut?


3) Bagaimana potensinya? 4) Bagaimana teknis operasional dalam pengoperasian instalasi digesti anaerobik tipe garasi tersebut? 1.3. Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: 1) Mengetahui kuantitas dan kualitas produk hasil digesti anaerobik dan pengomposan aerobik, mulai dari hasil biogas labnya. 2) Desain instalasi digesti anaerobik dan pengomposan aerobik penuh untuk TPS Cipayung. 2.

Tinjauan Teoritis

2.1. Umum Digesti anaerobik bukan suatu teknologi baru, karena dekomposisi biologis anaerobik yang menjadi inti dari pengomposan anerobik telah dipakai untuk lumpur sistem pembuangan air dalam tiga dekade terakhir (Braber, 1995). Bangsa Cina sudah sejak ratusan tahun lalu memanfaatkan kotoran, baik dari manusia dan ternak, dengan dekomposisi anaerobik untuk menghasilkan pupuk pertanian (Haug, 1993). Bangsa Assyiria menggunakan biogas, salah satu hasil dekomposisi anaerobik, untuk memanaskan pemandian pada abad ke-10 M dan oleh bangsa Persia untuk keperluan yang sama pada abad ke-16 (www.biogaswork.com, 2011). Pada abad ke-17, Jan Baptista van Helmont menyimpulkan bahwa gas mudah terbakar terbentuk dari materi organik yang membusuk. Alessandro Volta pada abad ke-18 menunjukkan bahwa ada hubungan antara banyaknya massa materi organik yang membusuk dengan banyaknya gas terproduksi. Pada abad ke-19, Humpry Davy mendemonstrasikan produksi metana dengan memproses kotoran ternak pada digesti anaerobik. Setelah 1920, digesti anaerobik yang biasa diproses di kolam terbuka memakai reaktor tertutup dengan berbagai metode (Lusk, 1997). Pascadigesti anaerobik, setelah beberapa hari di reaktor digesti anaerobik, hasil digestat dipaparkan ke udara untuk diolah secara pengomoposan aerobik. Pada umumnya pengomposan merupakan pengendalian dekomposisi biologis dan konversi bahan organik padat menjadi substansi yang mirip humus (Cochran et al, 1996). Karena kemiripan kompos dengan humus, maka kompos juga mengandung hara-hara mineral yang penting bagi tanaman. Menurut U.S. Departement of Energy (2011), pada pengolahan anaerobik, bakteri anaerobik memecah materi organik menjadi produk akhir biogas. Biogas terproduksi tersebut


biasanya mengandung CH4 (50%-80%), CO2 (20%-50%), dan sedikit konsentrasi gas lain, seperti H2, CO2, N2, O2, dan H2S. 2.2. Proses pada Digesti Anaerobik Digesti anaerobik dibagi menjadi tiga tahap proses, yaitu hidrolisis, asidogenesis, dan metanogenesis.

Mikroorganisme

kelompok

pertama

mengeluarkan

enzim,

yang

menghidrolisis bahan polimer menjadi monomer seperti glukosa dan asam amino. Ini yang kemudian diubah oleh mikroorganisme kelompok kedua yaitu bakteri asetogenesis menjadi asam lemak volatil yang lebih tinggi, H2, dan asam asetat. Akhirnya, kelompok ketiga, bakteri metanogen, mengkonversi H2, CO2, dan asetat, menjadi CH4. 2.3. Sistem Digesti Anaerobik Umum Proses digesti anaerobik bisa diklasifikasikan berdasarkan kandungan total solid (TS). Solid rendah (LS) pada sistem digesti anaerobik mengandung kurang dari 10% massa TS. Solid menengah (MS) mengandung 15% hingga 20% TS. Solid tinggi (HS) mengandung TS lebih dari 20% hingga 30%, lebih dari 30% akan menghalangi metanogenesis (Tchobanoglous, 1993; Abbassi-Guendouz, 2011). Pemrosesan HS optimal pada kadar solid 20% (Fernandez, 2007). Digester batch/tumpuk adalah digester yang memuat materi yang akan didigesti mulai dari awal tahap dan produk-produknya dikeluarkan saat tahapan selesai. Kebalikan dari reaktor batch/tumpuk adalah reaktor continuous flow yang mengalirkan materi yang akan didgesti terus-menerus (Vandevivere, 1999; Verma, 2002). Kotoran Ternak

Campuran Penampung Biogas

Air Dikucurk an

Material

Organik

Digester (Material Organik Disiram dengan Campuran)

Biogas

Digestat

Dipompa Drainase Pupuk Cair

Campuran

opsional

= Bahan (input) = Produk (output)

= Proses kimia berlangsung = Proses fisik berlangsung

Gambar 1. Diagram Mekanisme Instalasi Digesti Anaerobik Tipe Garasi


2.4. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Digesti Anaerobik 1) Perbandingan C-N. Perbandingan C:N optimum dari total materi organik dalam digester anaerobik adalah antara 20-30 (Verma, 2002). 2) pH. Telah ditentukan (RISE-AT, 1998) bahwa nilai pH optimal untuk pengolahan anaerobik adalah antara 5,5 dan 8,5. 3) Suhu. Ada dua kisaran suhu yang memberikan kondisi pengolahan anaerobik yang optimal untuk menghasilkan metana, yaitu mesofilik dan termofilik. Rentang mesofilik adalah antara 20°C hingga 40°C dan suhu optimum adalah pada 30°C hingga 35°C. Rentang suhu termofilik adalah antara 50°C hingga 65°C (RISEAT, 1998). 4) Total Solid (TS) dan Perbandingan Volatil Solid Substrat:Inokulum (F:I). Seperti yang telah dijelaskan di atasi, sistem digesti anaerobik bisa bergantung pada kandungan TS pada materi organik. Solid rendah (LS) pada sistem digesti anaerobik mengandung kurang dari 10% massa TS. Solid menengah (MS) mengandung 15% hingga 20% TS. Solid tinggi (HS) mengandung TS lebih dari 20% hingga 30% (Tchobanoglous, 1993; Abbassi-Gendouz, 2011). Pemrosesan HS baik untuk menghasilkan biogas pada kadar TS 20% (Fernandez, 2007). 3.

Metode Penelitian

Aktiv asi Tinja sapi

Kesimpulan

Desain instalasi ukuran penuh

Populasi Depok

Penentuan kriteria desain untuk TPA

Persiapan sampel sampah + Tinja

Alat Pengukur Biogas

Perhitungan Kebutuhan Bahan

Pembuatan Sistem Reaktor Anaerobik

Penelitian Pendahuluan

Studi Literatur

Sketsa Desain

Reaktor Anaerobik

Perhitungan Desain

Secara umum, prosedur penelitian berdasarkan pada Gambar 2.

Sampah

Gambar 2. Diagram alir prosedur penelitian

3.1. Reaktor Anaerobik Skala Laboratorium Desain reaktor yang akan digunakan dalam penelitian ini berbentuk tabung. Reaktor terdiri dari beberapa bagian, kompartemen sampah organik, kompartemen inokulum (campuran air dan tinja sapi), pompa perkolasi, dan gasmeter untuk mengukur volume gas.


3.3. Metode Pengambilan Data Pengambilan data yang dilakukan pada awal dan akhir proses, yaitu nitrogen, Volatile Solid (VS), dan Total Solid (TS) dengan acuan Standard Method (1980), serta karbon (SNI 066989.28-2005). Pengambilan data yang dilakukan setiap hari kerja yaitu pengukuran suhu menggunakan termometer raksa (Tchobanoglous et al., 1993), pH dengan pH meter digital (Standard Method, 1980) dan volume biogas dengan metode volumetri (Prajuli, 2011). Serta komposisi biogas diteliti setiap 7 hari, yang akan dicek dengan menggunakan GC-TCD yang menggunakan argon sebagai gas pembawa (carrier gas). Komposisi yang akan dibaca adalah gas hidrogen, gas karbondioksida, dan gas metana. Tabel 1. Karakteristik sampah awal Parameter Material Sampah Organik TPA Cipayung Tinja Sapi

Massa (kg)

Kadar Padatan

Kadar Air

Kadar Volatil

45,26%

54,74%

75,431%

3 kg 1,3278 kg

1,6722 kg

1,0016 kg

81,567%

18,433%

75,313%

1 kg 0,8157 kg

0,1843 kg

pH

Suhu

%C

%N

C/N

7,21

27,2 oC

10,3899

1,513

6,8671

7,74

29 oC

27,7359

1,8512

14,9827

0,6143 kg

4.

Hasil Penelitian dan Pembahasan

4.1

Uji Digesti Anaerobik Sampah Organik TPA Cipayung dan Tinja Sapi

Reaktor terdiri dari tiga kompartemen. Dua kompartemen berisi sampah organik TPA Cipayung, sedangkan satu kompartemen berisi tinja sapi dan air. Pada kompartemen sampah organik terdapat filter berupa kawat untuk mencegah partikel-partikel besar melewati selang dan menyumbat sistem perkolasi. Air lindi dari kompartemen sampah organik bisa mengalir ke kompartemen tinja sapi dan air. Pompa digunakan untuk mengalirkan campuran tinja sapi dan air yang berada di kompartemen yang berisi tinja sapi dan air untuk diperkolasikan ke dua kompartemen yang berisi sampah organik TPA Cipayung.


Gambar 3. Skema Reaktor Percobaan

4.2. Hasil Penelitian Pascapelaksanaan digesti anaerobik metode tumpuk (batch) dengan perkolasi memakai perbandingan massa sampah organik dan tinja sapi 3:1, terdapat uji coba dengan beberapa variasi dengan dasar metode tumpuk. Uji coba dilaksanakan pada tempat yang sama, yaitu Laboratorium Proses, Balai Teknologi Lingkungan, Badan Pengkajian dan Pengembangan Teknologi, Serpong, yang juga melibatkan penulis. Input sampah organiknya berasal dari TPA Cipayung dan tinja sapi dari salah satu peternakan di Kota Depok. Tujuannya adalah untuk melihat potensi biogas yang bisa dihasilkan. Seperti yang diketahui penelitian yang dianalisis di subbab ini, dari 4 kg massa yang menjadi masukan pada digesti anaerobik yang telah dibahas menghasilkan 4,024 L biogas atau setara dengan 1,006 L biogas/kg. Input air yang digunakan adalah 8,6 L. Uji coba yang pertana memakai metode tumpuk tanpa perkolasi dengan mesofilik. Perbandingan massanya masih sama, yaitu 3:1. Massa yang digunakan sebesar 1 kg untuk sampah organik dan 0,33 kg untuk tinja sapi. Volume air yang digunakan sebanding dengan metode perkolasi 3:1. Volume yang digunakan adalah 3,48L. Pelaksanaannya adalah 21 hari, namun pada hari ke-19 teramati adanya inhibisi. Terhasilkan 0,802 L yang berarti berpotensi 0,617 L/kg dengan 50% CH4.


Yang kedua adalah metode tumpuk dengan perkolasi dengan perbandingan massa sampah organik dan tinja sapi 100:1. Massa sampah yang digunakan untuk sampah organik adalah 3 kg untuk sampah organik dan 0,03 kg untuk tinja sapi. Volume air yang digunakan sama dengan volum air minimum, yaitu volume hasil dari pengamatan penurunan volume air limbah. Volume air yang digunakan adalah 5,34 L dengan 52% CH4. Pelaksanaannya memasuki hari ke-13 dengan biogas terhasilkan 3,312 L biogas yang berarti memiliki potensi 1,093 L biogas/kg, dengan nilai volume biogas terhasilkan per harinya yang paling besar yang teramati adalah 1,7 L/hari dari 3,03 kg input massa. Sistem ini tidak kekurangan air saat perkolasi. Perkolasi selama 3 jam/hari.

4.3 Persiapan Perancangan dari Data Penelitian Menurut Sari (2012), Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) Cipayung, Kota Depok, Provinsi Jawa Barat, memiliki luas lahan 11,6 Ha. Rata-rata timbulan sampah yang masuk ke TPA Cipayung pada tahun 2012 sebesar 767,13 m3/hari atau 76,713 ton/hari. Timbulan sampah maksimum terjadi pada hari Senin, dikarenakan adanya akumulasi sampah pada akhir pekan, Sabtu dan Minggu. Di TPA Cipayung terdapat 2 unit pengolahan sampah (UPS), namun sayangnya tidak difungsikan secara aktif. Menurut Sari (2012), Sampah TPA Cipayung terdiri dari komponen plastik 28,475%; kertas dan karton 4,275%; tekstil 3,938%; karet dan kulit 0,676%; kayu 1,619%; kaca 0,468%; logam 0,115%; popok dan pembalut 6,050%; organik 54,014%; dan lain-lain 0,371%. Persentasi sampah kaca dan logam tidak signifikan karena jarang ditemukan di sampel yang diteliti.

Gambar 5. Persentase Sampah TPA Cipayung (Sari, 2012)


Perancangan instalasi digesti anaerobik dan pengomposan aerobik akan mengambil beberapa karakteristik data untuk pertimbangan desain skala penuh untuk pengolahan sampah organik di TPA Cipayung, Kota Depok. Tinja sapi akan digunakan sebagai pengoptimal C:N dan penambah sumber bakteri. Berikut adalah data yang akan dipakai untuk proses desain instalasi digesti anaerobik dan pengomposan aerobik di TPA Cipayung, Kota Depok. Tabel 2. Resume Data Penelitian untuk Persiapan Perancangan

No

Parameter

1 Waktu Digesti

1 Debit Perkolasi 2

Volume Air untuk Perkolasi

3 pH Optimal 4 Suhu Massa Relatif 5 Pascadigesti Anaerobik

Nilai

Keterangan Dari data penelitian optimalnya 14 hari. Namun, 21 hari dari penelitian lain (Liu, 2008; Pognani, 2011) bisa optimasi hingga 21 hari 15 mL/detik untuk 1 Dalam 1 hingga 3 jam per kg sampah organik hari 1,78 L untuk 1 kg Merupakan volume minimum sampah organik Untuk keperluan monitoring 6 hingga 7 pH Mesofilik 20oC - 35oC Hasil data penelitian di 82,5% bagian Analisis Massa, pada digesti selama 21 hari Dari hasil penelitian adalah 76%. Dengan mempertimbangkan faktor jagaan, maka diambil 80%.

Volume Relatif 6 Pascadigesti Anaerobik

80%

Biogas 7 Terhasilkan Maksimal

Dari data penelitian, 1 L/hari hingga 1,7 L/hari untuk tiap 3 2 L/hari untuk tiap 3 kg sampah organik. Untuk kg sampah organik desain tanki biogas, dipakai 2 L/hari

Kadar CH4 Terhasilkan

Hasil data penelitian. Menurut fao.org (2013) dan RISE-AT (1998), rentangnya adalah 50% hingga 70%

8

52%

Sumber: Olahan, 2012


4.3. Desain Instalasi Digesti Anaeroik – Pengomposan Aerobik untuk TPA Cipayung Seperti yang telah dijelaskan di bagian-bagian sebelumnya, pemanfaatan sampah organik bisa menghasilkan biogas dan kompos. Hal itu bisa dilakukan secara terpisah, untuk biogas melalui digesti anaerobik dan kompos melalui pengomposan aerobik, atau dikombinasikan secara berurutan dengan digesti anaerobik diikuti pengomposan aerobik secara bertahap. Digesti anaerobik, untuk dilanjutkan ke tahap pengomposan aerobik, memerlukan waktu tinggal digesti yang tidak terlalu lama. Umumnya 20 hari hingga 30 hari (Pognani, 2011). Bila terlalu lama, nutrisi yang ada pada sampah (antara lain dinyatakan di VS, kadar C organik, dan total N) bisa tidak optimal untuk dilanjutkan ke tahap pengomposan aerobik. Untuk desain instalasi digesti anaerobik dan pengomposan aerobik skala penuh di TPA Cipayung, Kota Depok, masih diperlukan data penyusutan volume dan massa setelah proses pengomposan aerobik. Untuk itu, data penyusutan volume dan massa pascapengomposan aerobik akan merujuk pada Sidabutar (2012) dan Pognani (2011). Instalasi ini bertujuan untuk memanfaatkan sampah organik yang masuk ke TPA Cipayung. Tinja sapi hanyalah sebagai pengoptimal perbandingan C:N dan pasokan bakteri anaerob yang banyak, bukan sebagai materi utama yang akan diproses dan dimanfaatkan. Pemanfaatan yang ada akan memaksimalkan sampah organik menjadi biogas dan kompos. Pemanfaatan ini ditujukan untuk mengurangi volume TPA Cipayung yang terpakai untuk penimbunan limbah padat yang masuk dan memberikan manfaat finansial pula.

Gambar 5. Rencana Instalasi Digesti Anerobik dan Pengomposan Aerobik TPA Cipayung

Untuk timbulan sampah organik yang akan diolah, ditentukan 60% dari total timbulan sampah yang ada. Hal ini ditentukan berdasarkan ketidaktersediaan pemilahan di tempat dari sampah organik yang masuk ke TPA Cipayung, Depok. Sampah yang masuk di TPA


Cipayung umumnya tidak dipilah dan ditumpuk langsung ke kolam-kolam yang fungsional. Hanya 10% sampah yang masuk ke TPA Cipayung yang didaurulangkan dan/atau dipakai kembali oleh para pemulung di sana (Sari, 2012). Desain akan dibuat untuk bisa mengolah 60% sampah organik selama 10 tahun, hingga 2022. Dengan asumsi, 10 tahun yang akan datang pemilahan sampah organik telah dilakukan dari tempat timbulan. Berikut adalah proyeksi timbulan sampah yang masuk ke TPA Cipayung dengan asumsi peningkatan penduduk aritmatis dan timbulan sampah organik per jiwa yang konstan. Tabel 3. Proyeksi Sampah Organik Kota Depok Tahun

2010

Penduduk (jiwa)

1.738.570

2012

2017

2022

1.887.044

2.258.229

2.629.413

0,0330

0,0330

0,0330

Sampah Organik/Penduduk

-

(kg/jiwa) Total Sampah Organik (kg) 60% Sampah Organik yang Diolah (kg) Volume

Sampah

Organik Terolah (m3)

-

62231,38

74472,40

86713,41

-

37338,83

44683,44

52028,05

-

223,69

267,70

311,70

Dari data olahan di atas, maka 60% sampah organik yang diolah adalah 52028,05 kg sampah organik per hari. Dengan konversi massa jenis, volume sampah yang diolah adalah 311,70 m3. Yang termasuk dalam tahap desain akhir adalah daerah persiapan, di dalamnya termasuk pencacahan, lalu daerah digesti anaerobik, daerah pengomposan aerobik, daerah fungsional lain, dan penyusunan tata letak. 4.3.1. Desain Daerah Persiapan Pemilahan dilakukan di daerah penerimaan sampah di TPA Cipayung, oleh pemulung yang resmi ditugaskan TPA Cipayung memilah sampah organik hingga 60% dari


asupan sampah organik keseluruhan TPA Cipayung. Sampah didiamkan dulu selama satu hari di Daerah Persiapan ini. Supaya desain bisa hingga 10 tahun, berarti diperlukan dimensi ruangan sebagai berikut, asumsi tumpukan 2 meter dan lebar tumpukan 9 meter. Maka, panjang tumpukannya adalah berikut.

Panjang penyimpanan sampah awal =

311,7 1 4 (3,14)(9)(2)

= 22,06 m ≈ 23 m

Gambar 6. Rencana Tumpukan pada Daerah Persiapan

Dimensi minimumnya adalah berpanjang 23 meter dan berlebar 6 meter. Untuk kemudahan akses, lebarnya ditambahkan sehingga 6,5 meter. Ruang ini terbuka, tidak berdinding dan hanya beratap. Luasnya adalah 149,5 m2. 4.3.2. Desain Daerah Digesti Anaerobik Pascapenanganan di Daerah Persiapan, sampah diangkut oleh loader ke Daerah Digesti Anaerobik. Daerah ini akan menampung sampah selama 21 hari dalam 21 digester. Sampah satu hari berada dalam satu digester. Digester yang ada akan menampung tumpukan yang sama dengan yang ada di Daerah Persiapan. Konfigurasinya adalah, 1 kg sampah organik : 0,01 kg tinja sapi : 1,78 L air (1,779 kg pada suhu kamar). Akan ada bebeberapa komponen untuk daerah digesti anaerobik, yaitu digester (21 buah), tanki perkolasi (1 buah), dan tanki biogas (1 buah). Untuk memfasilitasi tumpukan sampah organik, maka diperlukan digester dengan karakteristik sebagai berikut.


Tabel 6. Karakteristik Desain Digester

No. Karakteristik 1 Massa Sampah Organik Volume Sampah 2 Organik 3 Panjang 4 Lebar 5 Tinggi 6 Tebal Dinding Debit Perkolasi 1 7 Digester 8 Lama Perkolasi 9 Drainase 10 Luas untuk 1 Digester 11 Panjang 21 Digester 12 Lebar 21 Digester 13 Luas untuk 21 Digester

Nilai 52028,05 kg

Keterangan Massa pada 2022

311,7 m3

Volume pada 2022

17 m 6m 4,5 m 0,2 m

Tambahan 0,5 m Antisipasi loader Antisipasi loader

780 L/detik 1 hingga 3 jam/hari (Harus tersedia) 111,4 m2 17,4 m 130,4 m 2269 m2

Untuk 52028,05 kg massa Menuju tanki perkolasi Termasuk tebal dinding

Tabel 7. Karakteristik Desain Tanki Perkolasi

No.

Karakteristik Nilai Volume Air Masuk 1 92,62 m3 untuk Sampah 21 Hari 2

Volume Air Masuk untuk Sampah 1 Hari

Volume Tinja Sapi 3 Masuk untuk Sampah 1 hari Volume Tinja Sapi 4 Masuk untuk Sampah 21 hari 5 Volume Pengaduk

6 7 8 9 10

Volume Total Minimum Tinggi Ruang Kerucut Tinggi Ruang Tabung Tinggi Total + Jagaan Luas Lahan

1946 m3 3

2,08 m

Keterangan Dimasukkan per hari atau sesuai kebutuhan Dimasukkan per hari atau sesuai kebutuhan Dimasukkan per hari atau sesuai kebutuhan akan bakteri

43,7 m

Dimasukkan per hari atau sesuai kebutuhan akan bakteri

0,28 m

Rotor setinggi 6,5 m dan berdiameter 0,1 m. Pedal berdimensi (6 x 0,05 x 0,25) m3

3

1990 m3 1m 6m 8m 326,7 m2


Dengan jagaan 1 m Dengan tebal dinding

Tanki perkolasi adalah sumber air dan bakteri untuk pengolahan digesti anaerobik. Asumsinya adalah tanki perkolasi harus kaya akan bakteri, pH-nya bisa terkontrol, dan bisa dimasukkan tinja dan air. Bisa dipompakan menuju ke-21 digester yang ada dan juga menerima hasil drainase tiap digester. Tanki penyimpanan biogas terdiri dari beberapa komponen: •

Membran, untuk penyimpanan biogas. Umumnya berbentuk bola, silinderkubah,

atau

silinder-kerucut.

(contoh

dari

http://www.adiran.co.il/upload/new%20cataloge.pdf, diakses 2013) •

Pompa dan alat pengatur suhu. Untuk mengatur tekanan dalam dan suhu pada membran sehingga bisa menyimpan volume biogas dengan toleransi minimum dan maksimum tertentu dari kapasitasnya pada suhu normal.

•

Dinding. Untuk melingkupi membran dan alat lainnya dari kebocoran/benda tajam.

•

Alarm untuk memperingatkan bahwa volume biogas yang ditampung sudah melebih toleransi membran.

Biogas yang dihasilkan dari penelitian sampah organik dan tinja sapi dengan rasio massa 3:1 mampu menghasilkan volume maksimal sebesar 1 L/hari dari 3 kg sampah organik. Dari penelitian lain yang memakai komposisi sampah organik dan tinja sapi 100:1 mampu menghasilkan volume maksimal sebesar 1,7 L/hari dari 3 kg sampah organik. Untuk mengantisipasi keluaran volume maksimal, maka desain akan menggunakan volume maksimal tersebut dalam perancangan kebutuhan membran. Pembulatan volume maksimal yang akan diambil adalah 2 L/hari. Membran yang dipakai akan berbentuk bola. Volume yang dibutuhkan adalah sebagai berikut.

!!"#$%& !"#$%!&! ! !"#$%&$' = 52028,1 kg x

L 2 hari 3 kg

= 34685,4 L/hari

!!"#$%& !"#$%!&! ! !"#$%&$' = 34,7 m! /hari Tidak setiap saat digester akan menghasilkan volume biogas maksimum tersebut. Dari Subbab 5.1, hanya satu hari volume biogas maksimum terhasilkan dari sistem percobaan. Selebuhnya, volume biogas yang dihasilkan tidak mendekati nilai maksimum tersebut. Untuk faktor jagaan, maka volume biogas terhasilkan tersebut akan dikalikan 2, sehingga volume yang dibutuhkan menjadi 69,4 m3.


Jari-jari bola membran yang dibutuhkan adalah sebagai berikut. 4 ! = !!! 3 !=

!

3! = 4!

!

(3)(69,4) ≈ 2,5 m (4)(3,14)

Maka, jari-jari membran yang dibutuhkan adalah 2,5 m. Membran akan diatur kapasitas penyimpanan biogasnya dengan memakai pompa dan alat pengatur suhu, sehingga bisa menyimpan dengan toleransi 2 kali kapasitas volume tersimpan pada suhu kamar. Tabel 8. Karakteristik Desain Tanki Biogas

No. Karakteristik 1 Umur Desain Volume Gas 2 Maksimum Terhasilkan per Hari

3 Bentuk Membran

4

Pengaturan Suhu dan Tekanan Membran

4 Bentuk Dinding

Tinggi Ruang Silinder 6 Luas Lahan 5

Nilai 10 Tahun

Keterangan Hingga 2022

2 L/hari dari 3 kg

Data penelitian

(bola, berjari-jari 2,5 m)

Bisa menampung sekaligus 2 digester yang menghasilkan volume biogas maksimum per hari pada suhu normal

(ya)

Dengan pengaturan suhu dan tekanan dalam, membran bisa menampung hingga 2 kali kapasitas suhu normal

(silinder, berjari-jari 4 m)

Untuk menampung membran, pompa, dan alat pengatur tekanan dalam dan suhu membran

3m 50,24 m2

4.3.3. Desain Daerah Pengomposan Aerobik Pengomposan aerobik pascadigesti anaerobik adalah pengelolaan sampah untuk mematangkan digestat hingga menjadi kompos. Pascadigesti anaerobik, parameter digestat umumnya telah mendekati parameter kompos. Namun, untuk mengurani kadar air yang ada


dan menghilangkan bau yang berlebihan hasil proses digesti anaerobik, pengomposan aerobik dilakukan. Pada desain ini, metode yang dipakai adalah Windrow. Desainnya dilengkapi drainase air lindi. Pembalikan bisa dengan menggunakan ekskavator yang telah ada di TPA Cipayung atau dengan manual/dicangkul oleh para pekerja yang dialokasikan dan ada di TPA Cipayung. Tabel 9. Karakteristik Desain Komposter

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Karakteristik Umur Desain Panjang Komposter Lebar Komposter Elevasi Atap Komposter Tinggi Dinding Tebal Dinding Pembalikan Kompos Kemiringan Komposter Drainase Air Lindi Luas 1 Komposter Lebar 14 Komposter Luas 14 Komposter

Nilai 10 Tahun 27 m 6m 4,5 m 3m 0,2 m 2 hari sekali 0,37% (Harus ada) 174,1 m2 87 m 2350,74 m2

Keterangan Hingga 2022 Tambahan 0,5 m Untuk masuk loader Antisipasi tinggi loader Untuk ergonomi Untuk sirkulasi udara Elevasi 10 cm Di depan komposter Termasuk tebal dinding

Tabel 10. Karakteristik Desain Daerah Penyimpanan Kompos

No. 1 2 3 3

Karakteristik Luas untuk Pengemasan Kompos Luas untuk Pencacahan Luas untuk Pengayakan Panjang Daerah Penyimpanan

Lebar Daerah Penyimpanan 5 Tinggi Dinding Luas Daerah 6 Penyimpanan 4

Nilai 150 m2 36,4 m2 24 m2 36 m

Keterangan Berdasarkan tinggi karung (0,9 m) dan lebar ruang (6 m) dan jagaan Sama dengan Daerah Persiapan Mesin pencacah (8 x 3) m2 Dengan jagaan. Sepanjang 23 m dialokasikan untuk karung kompos

6m

Untuk masuk loader/truk

4,5 m

Antisipasi tinggi loader

216 m2

4.3.4. Tata Letak Tata letak yang akan disusun berdasarkan perancangan di atas ialah berikut.


Gambar 7. Tata Letak Digesti Anaerobik dan Pengomposan

Dari penyusunan rencana tersebut, maka didapati total luas yang dibutuhkan. Tabel 11. Luas yang Dibutuhkan

Daerah Persiapan Digester Tanki Perkolasi Tanki Biogas Komposter Penyimpanan Kompos Ruang Kontrol Jalan Aspal/Beton TOTAL

Luas Minimum 0,0186 Ha 0,2269 Ha 0,0327 Ha 0,0050 Ha 0,2351 Ha 0,0216 Ha 0,0090 Ha 0,1762 Ha 0,7251 Ha

4.4 Potensi Desain Instalasi Dengan asumsi bahwa perencanaan dan pembebesan telah dimulai sejak 2012 untuk umur desain 10 tahun juga dengan asumsi bahwa tahun 2014 akan bisa mulai operasional, maka akan didapati perkiraan produksi biogas dan kompos sebagaimana disajikan pada Tabel 12. Potensi pertama, biogas terhasilkan dengan tingkat 1 L/Kg sampah organik TPA Cipayung. Volume biogas terhasilkan tersebut menegasikan massa tinja sapi sebagai pengoptimal C:N dan sumber abundan bakteri metanogen. Potensi kedua, kompos yang dihasilkan adalah 56,36% dari massa sampah organik yang melewati proses digesti anaerobik dan pengomposan aerobik. Nilai 56,36% didapat dari penyusutan massa digestat 17,5% dari massa sampah organik yang melewati tahap persiapan dan 21 hari digesti anaerobik (hasil pengukuran penelitian). Lalu, digestat yang menjadi


kompos via 14 hari pengomposan aerobik dengan massa yang menyusut 31% dari massa digestat (Pognani, 2011). Selanjutnya, massa kompos yang akan dikemas akan dicacah kembali dan diayak dengan tingkat penyusutan massa hingga 1% (Syahidah, 2012; Sidabutar, 2012). Tabel 12. Potensi Instalasi Digesti Anaerobik – Pengomposan Aerobik TPA Cipayung

Tahun 2014 2015 2016 Penduduk 2.035.518 2.109.755 2.183.992 (jiwa) Total Sampah 22.017.914 22.820.925 23.623.936 Organik Setahun (kg) 60% Sampah 13.210.748 13.692.555 14.174.361 Organik yang Diolah Setahun (kg) Volume Sampah 79.145 82.031 84.918 Organik 3 Terolah (m ) Biogas Terhasilkan 13.739 14.240 14.741 dalam 1 3 tahun (m ) Kompos Terhasilkan 7.505.178 7.778.898 8.052.618 dalam 1 tahun (kg)

5.

2017

2018

2019

2020

2.258.229 2.332.466

2.406.702

2.480.939

2021

2022

2.555.176 2.629.413

24.426.946 25.229.957

26.032.968 26.835.978 27.638.989 28.442.000

14.656.168 15.137.974

15.619.781 16.101.587 16.583.393 17.065.200

87.804

90.691

93.577

96.463

99.350

102.236

15.242

15.743

16.245

16.245

16.746

17.748

8.326.337 8.600.057

8.873.777

9.147.497

9.421.217 9.694.936

Kesimpulan

1) Hasil produksi biogas metode mesofilik tumpuk berperkolasi dengan perbandingan massa sampah organik TPA Cipayung dan tinja sapi 3:1 adalah 278,903 L/kg TS atau 1,006 L/Kg input massa. Dengan kadar metana sebesar 51,9732%. 2) Walaupun berpotensial, terkendala di masalah penyumbatan pipa dan pengangkutan massa harian tinja sapi yang besar. 3) Potensi volume biogas terhasilkan banding massa yang dimasukkan tersebut masih kurang efisien bila dibanding dengan metode mesofilik tumpuk berperkolasi dengan perbandingan massa sampah organik TPA Cipayung dan tinja sapi 100:1, yaitu 1,093 L/Kg input massa.


4) Untuk desain instalasi digesti anaerobik dan pengomposan pada TPA Cipayung dengan desain hingga 2022 dan mengolah 60% massa sampah organik yang masuk, perbandingan massa sampah organik dan tinja sapi sebesar 100:1. 5) Dibutuhkan lahan sebesar 0,7251 Ha untuk instalaasi tersebut. Ini di bawah perencanaan TPA Cipayung yang berencana memperluas lahan sebesar 3 Ha hingga 6,4 Ha. 6) Potensi yang mampu dihasilkan adalah volume biogas terhasilkan 1 L/kg sampah organik yang diolah (mengabaikan massa tinja sapi) dan massa kompos mencapai 56,36% massa awal sampah organik yang diolah. 6.

Saran

Diperlukan penelitian lebih lanjut lagi mengenai resirkulasi air limbah untuk perkolasi dan pengontrolan bakteri dan pH pada air limbah untuk hasil produksi biogas yang baik dan efisien. Diperlukan pula studi optimasi produksi biogas dan kompos. Perlu diketahui, dengan keadaan termofilik, BEKON (di Jerman) mampu menghasilkan biogas hingga 90 L/kg sampah organik. Referensi Abbasi-Guendouz, Amel et al. 2011. Total solids content drives high solid anaerobic digestion via mass transfer limitation. Amsterdam: Elsevier. Anonim. 1998. Review of current status of Anaerobic Digestion Technology for treatment of MSW. Regional Information Service Centre for South East Asia on Appropriate Technology (RISE-AT). Anwar, Hendri A. 2012. Analisis Potensi Biogas dari Limbah Tinja IPLT Depok dengan Menggunakan Reaktor Anaerob Skala Laboratorium. Depok: Universitas Indonesia. Chen Y et al. 2007. Inhibition of Anaerobic Digestion Process: A Review. Amsterdam: Elsevier. De Garmo, Paul E. et al. 1997. Engineering Economy Tenth Edition. London: Prentice-Hall. Fernandez et al. 2009. Eﬀect of Substrate Concentration on Dry Mesophilic Anaerobic Digestion of Organic Fraction of Municipal Solid Waste (OFMSW). Amsterdam: Elsevier. Floate, K. D. 2011. Arthropods in Cattle Dung on Canada’s Grasslands. Canada: Biological Survey of Canada. Haug, Rogert T. 1993. The Practical Handbook of Compost Engineering. New York: Lewish Publisher. http://www.adiran.co.il/upload/new%20cataloge.pdf, diakses 11 Januari 2013. http://www.bre.umd.edu/pdf/66.pdf, diakses 16 Januari 2013. http://manuremanagement.ucdavis.edu/files/134369.pdf, diakses 12 Desember 2012. http://www.energy.ca.gov/biomass/anaerobic.html, diakses 15 Januari 2011. http://www.sswm.info/category/implementation-tools/wastewater-treatment/hardware/solid-waste/anaerobicdigestion-organic-, diakses 15 Januari 2011. Kalle, G. dan K. Menon. 1984. Inhibition of Methanogenesis and Its Reversal During Biogas Formation from Cattle Manure. Mumbai: Hindustan Lever Research Centre. Kurniawati, Nia N. 2010. Studi Timbulan dan Komposisi Limbah Padat di Tempat Pembuangan Akhir Cipayung sebagai Dasar Perhitungan Periode Aktif Tempat Pembuangan Akhir. Depok: Universitas Indonesia. Lauterböck, B. et al. 2011. Counteracting Ammonia Inhibition in Anaerobic Digestion by Removal with a Hollow Fber Membrane Contactor. Amsterdam: Elsevier. Lusk, P. 1997. Anaerobic Digestion and Opportunities for International Technology Transfer: The Third Biomass Conference of the Americas. London: Pergamon Press. Li et al. 2011. Solid State Anaerobic Digestion for Methane Production from Organic Waste. Amsterdam: Elsevier. Liu et al. 2009. Effect of Feed To Inoculum Ratios on Biogas Yields of Food and Green Wastes. Amsterdam: Elsevier.


Liu T. dan Sung S. 2002. Ammonia inhibition on thermophilic aceticlastic Methanogens. London: IWA Publishing. Lee, W. et al. 2009. Comparison of static, in-vessel composting of MSW with thermophilic anaerobic digestion and combinations of the two processes. Amsterdam: Elsevier. Nayono, E. 2011. Anaerobic Digestion of Organic Solid Waste for Energy Production. Karsluhe: Universität Karlsruhe. Pemerintah Kota Depok. 2008. Gambaran Umum Kondisi Daerah. Diakses 9 Januari 2012, dari Situs Pemerintah Kota Depok. http://www.depok.go.id/v4/26. Sidabutar, Noni Valeria. 2012. Peningkatan Kualitas Kompos UPS Permata Regensi dengan Penambahan Kotoran Ayam Menggunakan Windrow Composting. Depok: Universitas Indonesia. Sari, Anugrah J. 2012. Potensi Sampah TPA Cipayung sebagai Bahan Baku Refuse Derived Fuel (RDF). Depok: Universitas Indonesia. Tchobanoglous, George, Frank Keith. 2002. Handbook Of Solid Waste Management Second Edition. New York: McGraw-Hill. Trnovec, W. dan Britz, T. J. 1997. Influence of Organic Loading Rate and Hydraulic Retention Time on the Efficiency of a UASB Bioreactor Treating a Canning Factory Effluent. University of Stellenbosch: Matieland. Vandevivere, P. et al. 1999. Types of anaerobic digesters for solid wastes. E-book. Wang, Y. et al. 2009. Effects of Volatile Fatty Acid Concentrations on Methane Yield and Methanogenic Bacteria. Amsterdam: Elsevier. Zahra A. Syahidah. 2012. Perancangan Ulang UPS Bojong Pondok Terong, Kelurahan Bojong Pondok Terong, Depok. Depok: Universitas Indoenesia. Zeshan, O. et al. 2011. Effect of C/N ratio and ammonia-N accumulation in a pilot-scale thermophilic dry anaerobic digester. Amsterdam: Elsevier. Xu Fuqing. 2012. Evaluation of an Integrated Anaerobic Digestion System for Biogas Production and Solid and Pathogen Reduction.


Abstrak. Kata kunci: digesti anaerobik, perkolasi, TPA Cipayung, sampah organik, pengomposan

Recommend Documents