Alternatif Pengolahan Limbah Organik Rumah Tangga Untuk Produksi Biogas

Prima E.Susilowati et al./J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 120-129

Alternatif Pengolahan Limbah Organik Rumah Tangga Untuk Produksi Biogas Prima Endang Susilowati)*, Harlia, Rozak Masihu, Ahmad Zaeni, Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Halu Oleo

Abstract Waste is a source of organic material that can be recycled into biogas. This study sought to produce biogas from the fermentation of organic waste using anaerobic microbes isolated from sewage and cow rumen fluid. The study was conducted in the laboratory-scale anaerobic reactor with a volume of 750 mL, at room temperature, incubation time of 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49 days, waste solids concentration 1%, 3%, 5%, 7% and 10 %. CO2 produced was measured by the method of deposition by solution of Ba (OH) 2 is converted into volume using the general equation of the ideal gas. The difference between the total gas volume produced by CO2 gas is methane gas volume value (CH4). The results showed the highest production of waste solids obtained at 7% concentration, incubation time of 42 days. Biogas is produced 99.86 mL / g litter, the total amount of biogas produced during the 7 weeks of 537 mL / gram of waste. Keywords: organic waste, biogas, anaerobic microorganisms Received: 14 November 2011 Accepted: 12 December 2011 Abstrak Sampah merupakan sumber bahan organik yang dapat di daur ulang menjadi biogas. Penelitian ini berusaha untuk memproduksi biogas dari fermentasi sampah organik menggunakan mikroba anaerob yang diisolasi dari air selokan dan cairan rumen sapi. Penelitian dilakukan di dalam reaktor anaerobik skala laboratorium dengan volume 750 mL, pada suhu kamar, waktu inkubasi 7, 14, 21, 28, 35, 42, 49 hari, konsentrasi padatan sampah 1%, 3%, 5%, 7% dan 10 %. Gas CO2 yang dihasilkan diukur dengan metode pengendapan oleh larutan Ba(OH)2 yang dikonversi ke dalam volume dengan menggunakan persamaan umum Gas Ideal. Selisih antara volume gas total yang dihasilkan dengan gas CO2 merupakan nilai volume gas metan (CH4). Hasil penelitian menunjukkan produksi tertinggi diperoleh pada konsentrasi padatan sampah 7%, waktu inkubasi 42 hari. Biogas yang dihasilkan 99,86 mL/gram sampah, jumlah total biogas yang dihasilkan selama 7 minggu sebesar 537 mL/gram sampah. Kata kunci : limbah organik, biogas, mikroorganisme anaerob Diterima:14 November 2011 Disetujui untuk dipublikasikan: 12 Desember 2011 *Penulis Korespondensi/corresponding author: Telp.+62 401 3191929 Fax. +62 401 3190496 E-mail: [email protected]

120


organik 1. Pendahuluan

dengan

menghasilkan

Sampah merupakan limbah yang

sedangkan

adanya

oksigen

produk berupa kompos, mikroorganisme

anaerob

dihasilkan dari proses kegiatan manusia.

mampu mendegradasi sampah organik

Tiap hari produksi sampah yang dihasilkan

menghasilkan

masyarakat semakin banyak. Hal ini cukup

oksigen. Reaksi yang terjadi adalah sebagai

berpengaruh bagi kehidupan masyarakat,

berikut (Suwarno dkk, 2009):

khususnya masyarakat yang bersinggungan

Proses aerobik:

langsung

dengan

tempat

pembuangan

biogas

tanpa

kehadiran

bahan organik + O2 → CO2 + H2O

sampah. Permasalahan tersebut secara garis

Proses anaerobik:

besar dikarenakan volume sampah yang

bahan organik

semakin bertambah, jenis dan komposisi

→ CO2 + CH4

Mikroorganisme

anaerobik

sampah yang beragam serta semakin

umumnya terdapat pada rumen/usus sapi

terbatasnya

dan lumpur dari rawa atau selokan. Bakteri

lahan

yang

diperuntukkan

sebagai tempat pengolahan sampah.

Rumen Sapi dan air selokan terdiri dari

Perhitungan Bappenas dalam buku

kumpulan beberapa mikroorganisme yang

infrastruktur Indonesia pada tahun 1995

sangat

perkiraan timbunan sampah di Indonesia

pengolahan

sebesar 22.5 juta ton dan akan meningkat

pupuk organik cair, dan sekaligus mampu

lebih dari dua kali lipat pada tahun 2020

mendegradasi sampah organik menjadi

menjadi 53,7 juta ton. Sementara di kota

biogas. Mikroorganisme yang terdapat di

besar produk sampah perkapita berkisar

dalam rumen sapi dan lumpur umumnya

antara 600-830 gram per hari. Berdasarkan

adalah golongan bakteri metanogen yang

data tersebut maka kebutuhan TPA pada

termasuk

tahun 1995 seluas 675 ha dan meningkat

Archaebacteria.

menjadi 1610 ha di tahun 2020 (Mungkasa

umumnya terdapat di lingkungan air tawar

dalam Nisandi, 2007).

yang anaerob seperti sedimen serta pada

Mikroorganisme

mempunyai

saluran

kemampuan mendegradasi sampah secara

mampu

mendegradasi

pupuk

salah

dalam

proses

kandang,

kompos,

satu Bakteri

pencernaan

hewan

golongan metanogen

(Purnama,

2008).

aerob dan anaerobik. Mikroorganisme aerob

bermanfaat

Biogas adalah campuran beberapa

sampah

gas, tergolong bahan bakar gas yang 121


merupakan hasil fermentasi dalam bahan

2. Bahan Dan Metode

organik dalam kondisi anaerob, dan gas

2.1 Alat dan Bahan

yang dominan adalah gas metan (CH4) dan

Alat-alat yang digunakan yaitu:

gas karbondioksida (CO2) (Simamora,

Timbangan Analitik, Autoklaf, Laminar

1989). Biogas memiliki nilai kalor yang

Air Flow, digester volume 1.500 mL dan

cukup

peralatan gelas.

tinggi,

yaitu

kisaran

4800-

6700kkal/kg, bahkan gas metan murni

Bahan

yang

digunakan

yaitu:

(100%) mempunyai nilai kalor 8900

sampah organik rumah tangga, campuran

kkal/kg.

air dan lumpur selokan dari Perumahan

Biogas dihasilkan dari aktivitas bakteri saat

Dosen Universitas Haluoleo serta rumen

menguraikan

sapi dari tempat pemotongan hewan.

bahan

organik

tanpa

kehadiran oksigen (proses anaerob). Bahan

2.2 Cara kerja

baku biogas adalah bahan-bahan organik seperti kotoran ternak, limbah pertanian,

2.2.1 Analisis Proksimat Sampah Rumah Tangga

limbah industri, sampah kota dan lain-lain

Analisis proksimat sampah organik rumah

(Ofoefule and Uzodinma, 2005; Ezeonu et

tangga, meliputi: penetapan kadar air,

al., 2005 ; Uzodinma et al., 2007). Proses

kadar protein (cara Kjeldhal), serat kasar,

pembentukan biogas melibatkan reaksi-

kadar abu dan kadar lemak.

reaksi yang kompleks. Secara garis besar

•

Penetapan kadar air (AOAC,2005).

proses anaerob dapat dibagi menjadi tiga

Sampel dihaluskan dipanaskan di

tahapan, yaitu hidrolisis, asidogenik dan

dalam oven selama 3 jam pada suhu 105oC.

metanogenik

selanjutnya

(Hartono,

merupakan salah alternatif

yang

2009).

Biogas

dan

ditimbang.

Perlakuan ini diulangi hingga diperoleh

satu sumber energi telah

dingin

berat konstan.

banyak

•

dikembangkan. Energi alternatif ini sangat

Kadar Protein Cara Kjeldhal (AOAC, 2005)

potensial sebagai pengganti bahan bakar

Sampel ditambahkan 1 g katalis

untuk memasak, genset penerangan dan

(CuSO4: Na2SO4, 1 : 1) dimasukan labu

lain-lain.

Kjeldhal dan ditambah H2SO4 pekat. Campuran didestruksi, selanjutnya larutan sampel didinginkan. Setelah 122

ditambah


NaOH sampel didestilasi. Destilat yang telah direaksikan dengan HCl selanjutnya dititrasi dengan larutan NaOH. •

Penentuan Kadar Serat Kasar (AOAC, 2005) Sampel kering ditambah H2SO4 0,3

N dididihkan. Selanjutnya ditambahkan larutan NaOH. Sampel disaring, residu Gambar 1. Rangkaian alat produksi biogas (Budiono et al., 2010). Keterangan: 1. Digester/fermentor biogas; 2. Selang alir gas; 3. Gelas ukur model terbalik; 4. Wadah tumpuan gelas ukur yang berisi air

dicuci berturut-turut dengan air panas, asam sulfat, air panas dan aseton. Residu dikeringkan dan ditimbang. •

Penentuan Kadar Abu (AOAC, 2005) Sampel o

o

(400 C–550 C)

dibakar

dalam

tanur

hingga

diperoleh

abu.

•

Pendegradasi

Selanjutnya didinginkan dan ditimbang

Sampah organik dicampur dengan

beratnya. •

Penentuan Mikroba sebagai Agen

mikroba berasal dari air selokan, rumen

Penentuan Kadar Lemak (AOAC, 2005)

sapi dan campuran air selokan dengan

Sampel diektraksi menggunakan

rumen sapi. Selanjutnya dimasukkan ke

pelarut dietil eter atau petroleum eter.

dalam digester.

Lemak hasil ekstraksi dipanaskan dalam

•

0

oven pada suhu 105 C. Setelah dingin

Penentuan

Konsentrasi

Sampah

Organik

ditimbang

Sampah

2.2.2 Produksi Biogas

organik rumah

tangga

divariasikan konsentrasinya, selanjutnya

Skema alat digester ditunjukan pada

dicampur dengan mikroorganisme dari (air

Gambar 1.

selokan dan rumen sapi).

Selanjutnya

dimasukkan dalam digester biogas. Setiap satu minggu, diukur volume biogas yang dihasilkan.

123


•

Pengukuran Volume Biogas (CH4 dan

tinggi dibandingkan dengan kadar lemak,

CO2)

abu dan protein (Tabel 1). Berdasarkan data ini maka diperlukan mikroorganisme

Penentuan berat CO2 dilakukan

yang mampu menghidrolisis serat kasar,

dengan cara: gas yang dihasilkan dialirkan

lemak dan protein pada sampah menjadi

ke dalam larutan Ba(OH)2. Endapan yang terbentuk

disaring,

dikeringkan

molekul yang lebih sederhana sehingga

dan

siap dipergunakan oleh mikroorganisme

ditimbang. Berat endapan CaCO3 yang

penghasil gas metana.

terbentuk sama dengan berat CO2. Berat CO2

Tabel 1. Analisis proksimat sampah

kemudian dikonversikan ke dalam

volume

(ml)

dengan

organik rumah tangga

menggunakan

persamaan gas ideal (P.V = nRT). Volume

Analisis Peroksimat Kadar air Kadar abu Kadar serat kasar Kadar protein Kadar Lemak

CH4 ditentukan dengan cara mengurangi volume total gas yang dihasilkan dengan volume CO2. 3. Hasil dan Pembahasan

3.2. Mikroba Penghidrolisis Sampah

3.1. Komposisi Sampah Rumah Tangga

Mikroba

dihasilkan. Untuk menghasilkan kompos

dahulu sebagai studi awal untuk pemilihan

dibutuhkan

mikroorganisme dalam pembuatan biogas.

memerlukan

oksigen

bersifat

aerob

untuk

hidup),

sedangkan untuk menghasilkan biogas

dan

diperlukan

metanogenik. Pada tahap hidrolisis sampah organik

mikroba

(membutuhkan

Tahapan reaksi pembentukan biogas adalah asidogenik

sampah

bergantung pada jenis produk yang ingin

rumah tangga perlu diketahui terlebih

hidrolisis,

penghidrolisis

organik secara garis besar ada 2 jenis,

Komposisi kimia sampah organik

tahap

Persentase (%) 61,08 5,26 21,50 5,95 6,20

membutuhkan

pemilihan

mikroba oksigen

anaerob

(tidak

untuk

hidup).

Mikroba anaerob dapat diperoleh dari

mikroorganisme secara tepat agar prose

tempat-tempat yang kedap udara (Haryati,

pembentukan biogas menjadi efektif. Hasil

2006).

analisis proksimat sampah organik rumah

Penelitian mengenai mikroba yang

tangga menunjukan kadar air dan serat

mampu meningkatkan produksi biogas

kasar pada sampah rumah tangga cukup 124


telah dilakukan oleh peneliti sebelumnya.

berfungsi untuk mencerna selulosa menjadi

Penambahan

asam-asam organik, tetapi juga dapat

starter

microorganism)

EM4

sebanyak

(Effective

0,2%

dapat

menghasilkan biogas berupa gas CH4

meningkatkan produksi biogas sebanyak 1,76%,

dan

mampu

(Susilowati, 2009).

meningkatkan

Air limbah rumah tangga adalah air

pembentukan gas metana sekitar 41,3%

bekas

(Purnomo,

mengandung

mikroorganisme, hal ini ditunjukan dengan

mikroorganisme fermentasi dan sintetik

indikasi munculnya bau menyengat dan

yang terdiri dari bakteri asam laktat

keluarnya gelembung udara di permukaan.

(Lactobacillus

bakterifotosintetik

Air ini banyak mengandung bahan organik

(Rhodopseudomonas sp.), Actinomycetes

seperti sampah daun, sayuran, minyak,

sp., Streptomyces sp., dan ragi (yeast)

ikan, nasi dan limbah aktifitas manusia

(Marsono, 2001).

lainnya

2007).

sp.),

EM4

yang

yang

banyak

mengandung

lama-kelamaan

akan

Penambahan cairan rumen sapi

mengendap menjadi lumpur. Di dalam

sebagai starter mikroorganisme berpotensi

lumpur selokan tidak terdapat udara yang

untuk mempercepat proses pembentukan

memungkinkan mikroba anaerob untuk

biogas,

cepat

hidup dan berkembang biak. Oleh karena

dibandingkan tanpa penambahan cairan

itu diduga air dan lumpur dari selokan baik

rumen. Penambahan cairan rumen sapi

digunakan sebagai starter untuk membuat

sebanyak 20-40% mampu meningkatkan

biogas ( Dwiyana dkk., 2009).

yaitu

10

hari

lebih

kadar gas metana yang terbentuk, sehingga

Pencampuran

berpotensi untuk digunakan sebagai starter

sampah

organik

dengan mikroorganisme, yaitu pada sampel

(Susilowati, 2009).

cairan

Sumber mikroba yang digunakan

rumen

sapi,

air

selokan

dan

campuran antara air selokan dan cairan

pada penelitian ini diambil dari cairan

rumen

rumen sapi dan limbah air selokan. Pada

sapi.

Hasil

tertinggi

pada

penggunaan mikroba berasal dari campuran

rumen sapi terjadi pencernaan protein,

air selokan dan cairan rumen sapi (1:1)

polisakarida, dan fermentasi selulosa oleh

pada minggu ketiga dengan volume biogas

enzim selulase yang dihasilkan oleh bakteri

110 mL (Gambar 2). Data ini menunjukan

dan jenis protozoa tertentu. Enzim selulase

penggunaan mikroba campuran air selokan

yang dihasilkan oleh bakteri ini tidak hanya 125


dan cairan rumen sapi lebih efektif untuk

terbentuk pada minggu pertama setelah

pembentukan biogas yang berasal dari

dilakukan

sampah organik rumah tangga. Diduga

jumlahnya belum banyak.

mikroba yang berasal dari selokan mampu meningkatkan

daya

hidrolisis

proses

fermentasi

tetapi

Tabel 2. Perbandingan sampel

sampah

campuran cairan rumen sapi dan air

rumah tangga sehingga akan mempercepat

selokan

tahap pertama proses pembentukan biogas yaitu tahap hidrolisis untuk menghasilkan molekul sederhana yang akan digunakan pada tahap selanjutnya. 3.3. Konsentrasi optimum sampah Faktor-faktor yang mempengaruhi proses anaerobik adalah komposisi nutrien, kandungan oksigen terlarut, temperatur, pH, konsentrasi VS (volatile solids) dan rasio C/N. fraksi VS adalah salah satu parameter penting dalam digester anaerob. Gambar 2. Pengaruh mikroorganisme terhadap produksi gas ( : mikroorganisme dari rumen sapi, : mikroorganisme dari selokan, : mikroorganisme dari campuran rumen sapi dan air selokan

Semakin tinggi kosentrasi VS semakin tinggi pula pembebanan. VS merupakan bahan makanan untuk proses hidrolisis dan pembentukan

asam

secara

anaerob

(Hartono, 2009). Efektifitas

penggunaan

Jumlah karbon dan nitrogen yang

mikroorganisme untuk produksi biogas

terdapat di dalam bahan-bahan organik

menunjukan campuran antara cairan rumen

yang

sapi dan air selokan dengan perbandingan

karbon/nitrogen

2:3.

banyaknya

Junlah

biogas

yang

dihasilkan

ditunjukkan

biogas

dengan

juga yang

rasio

menentukan dihasilkan.

menunjukan volume biogas total dan gas

Rentang rasio C/N antara 20-30 merupakan

metana (CH4) paling tinggi pada minggu

rentang optimum untuk proses penguraian

ke-3 (Tabel 2). Biogas sudah mulai

anaerob. Jika rasio C/N terlalu tinggi, maka 126


nitrogen akan terkonsumsi sangat cepat

3). Pada konsentrasi sampah 10% ternyata

oleh bakteri metanogen untuk memenuhi

biogas yang dihasilkan sangat sedikit, hal

kebutuhan protein sehingga tidak bereaksi

ini menunjukan pembebanan pada digester

dengan karbon. Sebagai hasilnya produksi

sudah terlalu besar.

gas akan rendah. Bila rasio C/N sangat

Hasil penelitian menunjukan, salah

rendah, nitrogen akan dibebaskan dan

satu usaha yang dapat dilakukan untuk

terkumpul

NH4OH.

mengimbangi kenaikan harga BBM ini

menyebabkan

adalah dengan memanfaatkan sampah-

peningkatan pH dalam digester, yang akan

sampah organik yang berasal dari tanaman,

berakibat populasi bakteri metanogen akan

hewan,

menurun jika pH lebih tinggi dari 8,5

menghasilkan biogas melalui aktivitas

(Hartono, 2009).

anaerobik dari mikroorganisme. Komposisi

dalam

Terbentuknya

bentuk

NH4OH

ataupun

manusia

untuk

gas yang penting dalam biogas adalah gas metana

(CH4)

sehingga

dapat

yang

mudah

terbakar

dimanfaatkan

sebagai

sumber energi pengganti bahan bakar minyak.

4. Kesimpulan Gambar 3. Pengaruh konsentrasi sampah organik terhadap volume biogas ( : gas CO2, : gas CH4, : gas total) Hasil

percobaan

Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut. 1. Perbandingan mikroba dari air selokan

menunjukan

dan

konsentrasi sampah organik 7% (waktu

cairan

rumen

sapi

diperoleh

optimum pada perbandingan 2:3

inkubasi 42 hari) menghasilkan volume

2. Konsentrasi

biogas paling tinggi, yaitu 381,73 mL.

optimum

sampah

7%

dengan jumlah volume total biogas

Peningkatan konsentrasi sampah dalam

yang dihasilkan sebesar 537 mL,

digester menunjukan makin meningkat

volume CH4 381,73 mL dan volume

jumlah biogas yang dihasilkan. Volume

CO2 155,27 mL.

biogas yang dihasilkan menurun pada konsentrasi sampah organik 10% (Gambar 127


7.

5. Daftar Pustaka 1.

briket arang dan asap cair, Seminar

Analytical Chemist, Virginia: The

Nasional teknologi (SNT), Yogyakarta

of

official

8.

Analitycal

Widiasa S, Johari,

digestion on microbial flora of animal

Sunarso, 2010, The Kinetic of Biogas

wastes: 1. Isolation and identification

Production Rate from Cattle Manure in

of common pathogens, Nig. J. Solar

Batch Mode, International Journal of

Energy, 15: 34–36.

Budiono I.N,

and

9.

Biomolecular

Purnomo,

C.W.

2007.

The

of

Tunnel

Type

Engineering, Vol 3. No 1.

Optimization

Ezeonu SO, Dioha IJ, Eboatu AN,

Biodigesters. Gadjah Mada University,

2005, Daily biogas production from

Yogyakarta. 10. Simamora,

S.

1989.

Pengelolaan

methanogenic bacteria involved, Nig.J.

Limbah Peternakan (Animal Waste

Solar Energy, 15: 80-85.

Management).

Hartono R, 2009, Produksi Biogas dari

Gasbio. Fakultas Politeknik Pertanian

Jerami

Bogor

Padi

dengan

Kotoran Kerbau,

Penambahan

IPB.

Direktorat

Seminar Nasional

Teknologi

Energi

Bekerjasama Pendidikan

dengan

Menengah

Teknik Kimia Indonesia – SNTKI,

Kejuruan. Dirjen Pendidikan Dasar

Bandung

dan Menengah, Departemen P dan K. 11. Soewarno N, Abas. S,

Haryati, T., 2006, Biogas: limbah peternakan

6.

Ofoefule AU, Uzodinma EO, 2005, Studies on the effect of anaerobic

different wastes and identification of

5.

dan

Analysis of the Association of Official

Chemical

4.

Pengolahan

pemanfaatan sampah organic menjadi

Chemist.

3.

2007,

AOAC, 2005, Official Methods of

Association

2.

Nisandi,

yang

menjadi

2009,

sumber

Muchayat,

Pengolahan Sampah Organik

energi alternatif, Wartazoa, Vol. 16

Untuk Memproduksi Biogas Sebagai

No.3

Energi Terbarukan, Seminar Nasional

Marsono, 2001, Pupuk Akar, Petunjuk

Teknik Kimia Indonesia – SNTKI,

dan

Bandung

Aplikasi,

Jakarta:

Penebar

12. Susilowati, E., 2009, Uji potensi

Swadaya

pemanfaatan cairan rumen sapi untuk meningkatkan 128

kecepatan

produksi


biogas dan konsentrasi gas metan dalam biogas, Tesis, Pasca Sarjana UGM, Yogyakarta 13. Uzodinma EO, Ofoefule AU, Eze JI, Onwuka

ND

(2007).

Biogas

production from blends of agroindustrial wastes. Trends in Appl. Sci. Res. 2(6): 554 – 558.

129

Alternatif Pengolahan Limbah Organik Rumah Tangga Untuk Produksi Biogas

Recommend Documents