APLIKASI REAKTOR HIGH RATE PERFORMANCE PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI KECIL TAHU

APLIKASI REAKTOR HIGH RATE PERFORMANCE PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI KECIL TAHU Application of High Rate Performance Rector for Wastewater Treatment in Tofu Small Scale Industries Iin Parlina dan Lestario Widodo

Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi Gedung Geostech 820 Lt-2, Kawasan Pusiptek, Tangerang Selatan, Banten 15314 Email: [email protected] Diterima: 03 September 2012; DIkoreksi : 10 September 2012; Disetujui : 22 September 2012 Abstract Along with the development of biogas and its utilization, biogas reactors also evolved from conventional reactor types to high rate performance reactors, adapts to the needs of increased efficiency and also the characteristics of organic waste that is difficult if processed using ordinary reactor. However, this type of reactor basically has 3 types, namely fixed bed (packed-bed, anaerobic filters, fixed-film), fluidized bed reactor, and UASB/ Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor. From these high rate performance reactors, fixed bed reactor is the type that is pretty much developed and implemented in Indonesia, especially for treating organic wastewater from small industries, for example tofu, tapioca and slaughterhouses. Implementation of fixed bed reactor for the tofu industry until today has reached as much as 5 units that serve the needs of about 132 households in Banyumas District, Central Java Province. The fixed bed reactor’s performance is quite high if it is evaluated from biogas yield and the efficiency of the organic content in tofu industry’s wastewater. Implementation, dissemination, and replication of this reactor for treatment of other types of organic waste or other areas have the potential to support government programs in GHG mitigation actions, renewable energy sources provision, environmental protection and the development of energy self-sufficient villages. Keywords : biogas reactor - performance high - rate, fixed bed reactors, tofu industry Abstrak Seiring dengan perkembangan biogas beserta pemanfaatannya, reaktor biogas juga berkembang dari jenis reaktor konvensional hingga reaktor berunjuk kerja tinggi (high rate performance) menyesuaikan dengan kebutuhan peningkatan efisiensi dan juga karakteristik limbah organik yang sulit jika diolah dengan menggunakan reaktor biogas biasa. Namun, pada dasarnya reaktor ini memiliki 3 jenis, yaitu reaktor unggun tetap (fixed bed, packed-bed, anaerobic filter, fixed-film), reaktor unggun terfluidisasi (fluidized bed reactor), dan reaktor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Dari ketiga jenis reaktor berunjuk kerja tinggi tersebut, reaktor jenis unggun tetap adalah jenis yang cukup banyak dikembangkan dan diimplementasikan di Indonesia, terutama untuk mengolah limbah cair organik yang berasal dari industri kecil, misalnya tahu, tapioka dan rumah potong hewan. Implementasi reaktor unggun tetap untuk industri tahu hingga saat ini telah mencapai jumlah 5 unit reaktor yang melayani kebutuhan sekitar 132 Rumah tangga di Kabupaten Banyumas secara berkelanjutan. Kinerja reaktor unggun tetap ini dapat dikatakan cukup tinggi jika dinilai dari perolehan biogas dan efisiensi penurunan kandungan organic dalam limbah cair tahu. Program implementasi, diseminasi, dan replikasi reaktor ini untuk pengolahan jenis limbah organik yang lain atau daerah lain memiliki potensi dalam mendukung program pemerintah dalam aksi mitigasi Gas Rumah Kaca, penyediaan sumber energi terbarukan, perlindungan lingkungan dan pengembangan desa mandiri energi. Kata kunci : biogas, reaktor high-rate-performance, reaktor fixed bed, industri tahu

Aplikasi Reaktor (Iin Parlina dan Lestario Widodo)

7

1. PENDAHULUAN Perkembangan reaktor biogas di ranah pengolahan limbah secara global memang cukup pesat, namun di Indonesia sendiri aplikasinya belum sebanyak yang diharapkan. Kebanyakan masih menggunakan reaktor konvensional yakni tipe kubah tetap yang sebenarnya memiliki keterbatasan dalam proses pengolahan limbah apalagi karena nilai efisiensi prosesnya tidak lebih baik dari unjuk kerja yang dimiliki oleh reaktor modern atau reaktor yang disebut dengan reaktor berunjuk kerja tinggi (high-rate-performance) yang terdiri dari reaktor unggun tetap (fixed bed, fixed film, anaerobic filter, packed bed), reaktor unggun terfluidisasi (fludised bed) dan reaktor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Sebenarnya telah banyak lesson learnt dari aplikasi reaktor unggun tetap, UASB dan reaktor unggun terfluidisasi yang bisa diambil dari kasus pengolahan limbah cair di negara-negara lain, misalnya pengolahan limbah cair dari industri keju, alkohol, pulp dan kertas, pemotongan hewan. Bahkan implementasinya untuk limbah produk pertanian juga sudah banyak diterapkan. Mengenai teknologi pengolahan limbah secara anaerobik menggunakan reaktor biogas memiliki keuntungan lebih dibandingkan dengan pengolahan limbah jenis lainnya, apalagi mempertimbangkan biogas sebagai produk akhir yang bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar pengganti bahan bakar fosil. Tentu hal ini juga akan mendukung kebijakan pemerintah mengenai pengurangan emisi gas rumah kaca (GRK) serta penyediaan sumber energi terbarukan. Selain itu, unjuk kerja yang cukup tinggi dibandingkan dengan pengolahan aerobik, serta lebih sedikitnya lumpur yang dihasilkan. Reaktor biogas juga memiliki beragam jenis mulai dari yang sederhana hingga yang memiliki tingkat kompleksitas yang cukup tinggi. Namun semuanya memiliki prinsip dasar yang sama yaitu pengkondisian proses tanpa oksigen yang dibantu dengan proses fermentasi oleh bakteri. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa keberhasilan suatu proses anaerobik sangat ditentukan oleh keberhasilan proses konversi anaerobik dari senyawa organik menjadi biogas yang dilakukan melalui serangkaian proses biokimia oleh konsorsium bakteri. Untuk mencapai hal ini, desain reaktor dan optimasi parameter dalam proses operasi menjadi hal yang cukup vital. Reaktor biogas konvensional yang dikenal secara luas terdiri dari 2 jenis yaitu reaktor kubah tetap (fixed dome) yang berasal dari China dan reaktor dengan tutup terapung (floating head) yang berasal dari India. Aplikasi

J. Tek. Ling. Vol. 14. No. 1 Januari 2013 Hal 7-16

reaktor kubah tetap di Indonesia sebagian besar diperuntukan bagi limbah ternak terkait dengan kemudahan proses produksi biogas, karena pada naturalnya, konsorsium bakteri metanogenik penghasil metan memang sudah tumbuh secara alamiah dalam perut hewan memamah biak terutama sapi. Sementara itu reaktor modern atau reaktor berunjuk kerja tinggi memiliki kompleksitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan reaktor tradisional. Hal ini juga yang menyebabkan aplikasinya menjadi lebih luas untuk berbagai macam limbah organik. Penelitian ini bertujuan untuk mempertimbangkan berbagai keunggulan dan potensi implementasinya, pengembangan reaktor jenis high rate performance adalah sebuah kesempatan bagi peningkatan kualitas pengolahan air limbah organik juga penyediaan sumber-sumber energi terbarukan di Indonesia. Oleh karena itu, perluasan informasi mengenai jenis reaktor ini perlu ditingkatkan pada level pemerintah maupun swasta sebagai pihak-pihak yang memiliki posibilitas yang tinggi untuk membantu proses implementasi teknologi tersebut. 2. TEKNOLOGI PERFORMANCE

REAKTOR

HIGH

RATE

Pada dasarnya terdapat cukup banyak teknologi yang dapat diimplementasikan dalam pengolahan limbah. Pertimbangan yang diambil pun juga disesuaikan dengan parameterparameter terkait yang dibutuhkan. Misalnya, mengolah limbah yang bersifat asam tentu berbeda dengan mengolah limbah yang bersifat basa, atau parameter kandungan bahan organik yang terlalu tinggi yang tidak mungkin diolah dengan menggunakan teknologi aerobik, serta masih banyak contoh yang lainnya. Adapun pemilihan proses untuk pengolahan limbah bisa menggunakan logaritma seperti yang ditunjukan pada Gambar 1 di bawah ini. Dalam proses pengolahan limbah dengan menggunakan bakteri, berdasarkan keadaan agregat mikroorganisme dalam limbah cair, secara garis besar dapat dibedakan atas biakan tersuspensi (suspended culture) dan biakan melekat (attached culture). Pada sistem dengan biakan tersuspensi, kultur mikroba dibiakkan secara tersuspensi di seluruh bagian volum limbah cair. Sistem pengolahan yang menggunakan metode ini di antaranya adalah proses lumpur aktif, aerasi, stabilisasi kontak, dan lain-lain.

8

Aliran air limbah

Inorganik

Perlunya Pretreatment untuk netralisasi

ya

Off-gas treatment

ya

Air / Steam Stripping

Koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi

Tersedia ruang lahan yang luas Limbah Padat

tidak Mengandung kontaminan yang ya dapat disaring atau diadsorb

ya

Filtrasi atau Adsorpsi karbon aktif

Pemisahan minyak / air

Filter atau regenerasi media adsorpsi

Evaporasi atau ekstraksi Solid / Concentrated Phase Insinerasi atau wet air oxidation

tidak

Trickling filter atau Fixed-film Biotreatment

ya

Perlunya aerasi

ya

Air / Steam Stripping

tidak

tidak

Mengandung ya kontaminan yang dapat dipresipitasi

Mengandung kontaminan yang dapat di-stripping

minyak

ya Perlunya ya pretreatment penghilangan minyak dan lemak

tidak

tidak Limbah dapat dimanfaatkan kembali atau direduksi volumenya tidak Limbah harus dihancurkan

tidak

Dapat terbiodegradasi

Pretreatment

tidak Mengandung kontaminan yang dapat di-stripping mis. amonia

Off-gas treatment

Organik

ya

Lumpur aktif atau aerated lagoon

Mengandung kontaminan yang ya dapat disaring atau diadsorb

Filtrasi atau Adsorpsi karbon aktif Filter atau regenerasi media adsorpsi

tidak Mengandung kontaminan yang dapat dioksidasi atau direduksi secara kimia

ya

Oksidasi / reduksi kimia

ya

Evaporasi atau ekstraksi

tidak tidak Perlunya solids recovery tidak Kolam ekualisasi

ya

Anaerobic treatment

Limbah dapat dimanfaatkan kembali atau direduksi volumenya tidak Limbah harus dihancurkan

Solid / Concentrated Phase Insinerasi atau wet air oxidation

Gambar 1. Diagram Alir Penentuan Teknologi Pengolahan Air limbah yang Tepat

Pada sistem proses yang menggunakan biakan melekat (attached culture) atau yang juga sering disebut sebagai biofilter, kultur mikroba dibiakkan dalam suatu media, sehingga mikroorganisme yang terlibat, melekat atau membentuk lapisan (biofilm) pada permukaan suatu benda padat yang diisikan ke dalam reactor[1]. Berdasarkan penggunaan media biofilter (support material) tempat pelekatan bakteri, MetCalf dan Edy[1] membagi proses pengolahan limbah dengan sistem ini menjadi 3 macam, yaitu: 1. Proses pertumbuhan dengan biakan tidak terendam (sub-merged) merupakan proses di mana biakan tidak terendam dalam bulk cairan, melainkan dialirkan melaluinya, contohnya: trickling filter. 2. Proses pertumbuhan tersuspensi dengan packing film tetap (suspended growth with fixed film packing) yang merupakan proses pengolahan seperti yang dilakukan dalam pengolahan dengan lumpur aktif. Namun penggunaan mikroorganisme yang terlihat melekat pada bahan packing, menyebabkan bakteri ikut melekat ke dalam bahan packing tersebut. Di samping itu, bahan packing tetap yang sebagian tercelup dalam tangki seperti halnya RBC (Rotating Biological Contactor) yang terendam sebagian dapat Aplikasi Reaktor (Iin Parlina dan Lestario Widodo)

digolongkan ke dalam proses pertumbuhan melekat. 3. Proses pertumbuhan melekat dengan biakan terendam seluruhnya dalam bulk cairan. Unit proses yang termasuk ke dalam kelompok ini adalah reaktor UAFB (Upflow Anaerobic Fixed Bed), DAFB (Downflow Anaerobic Fixed Bed), unggun terfluidisasi (fluidized bed), UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket), dan lain-lain. Reaktor saringan anaerobik (Anaerobic Filter Reactor) mirip dengan saringan percik aerobik. Lapisan biomassa tumbuh pada permukaan medium penunjang dengan aliran air dapat dari atas atau bawah. Proses kontak anaerobik reaktor mirip dengan sistem lumpur aktif, terdiri dari sebuah reaktor kemudian diikuti dengan tangki pengendap (clarifier) dan sebagian dari lumpur dibalikkan ke dalam reaktor. Reaktor unggun-terfluidisasi anaerobik (anaerobic fluidized-bed reactor) menggunakan pasir sebagai media penunjang pertumbuhan mikroorganisme. Aliran dari bawah ke atas, sehinggga bioparticle (pasir + lapisan luar mikroorganisme) berada dalam keadaan terfluidisasi. Upflow Anaerobik-Sludge Blanket (UASB) agak mirip dengan unggun terfluidisasi, hanya saja tidak diperlukan media penunjang.

9

Mikroorganisme anaerobik membentuk gumpalan (floc) yang menyerupai selimut (blanket)[2,3]. Efisiensi pengurangan COD untuk proses anaerobik berkisar antara 85 %-90 %. Tetapi yang perlu dicatat adalah aliran masuk ke dalam reaktor mengandung COD yang tinggi, sehingga aliran keluar belum memenuhi standar yang ada, untuk itu diperlukan pengolahan lebih lanjut, misalnya dengan proses aerobik. Biofilter dan pembentukan biofilm yang menjadi prinsip dasar pengolahan limbah dengan menggunakan anerobik menjadi kata kunci keberhasilan penurunan kandungan organik dalam limbah dan menjadikannya gas metana yang berguna bagi masyarakat. Biofilm pada dasarnya adalah sekumpulan agregat bakteri atau bentuk polimer ekstraseluler yang melekat pada permukaan bahan pendukung/bahan isian/bed yang bersifat inert dalam lingkungan berair. Media atau bahan yang digunakan sebagai bed (support material) ini bisa terdiri dari kerikil, plastik, batu apung, karbon aktif, dan bahan padat inert lainnya yang bisa dilekati bakteri. Penelitian dari Young (1991) menyatakan bahwa proses biofiltrasi dapat mendegradasi COD limbah cair domestik sebesar 90%-96% 3 pada laju beban COD 0.2-0.7 kg COD/(M .hari) o pada kondisi temperatur 37 C dengan Hydraulic Retention Time (HRT) selama 25 jam-37 jam. Dari ketiga jenis reaktor berunjuk kerja tinggi, reaktor fixed bed saja yang baru dikembangkan untuk pengolahan limbah cair industri kecil dalam skala besar dan demo-plant. Sementara reaktor unggun terfluidisasi dan reaktor UASB aplikasinya masih belum banyak. Hal ini terkait dengan dana instalasi yang masih tinggi (terutama untuk reaktor unggun terfluidisasi) dan masih adanya kesulitan proses operasi yang belum banyak dikuasai. Reaktor unggun tetap sendiri saat ini lebih banyak diterapkan pada industri tahu yang mengeluarkan limbah dengan karakteristik memiliki kandungan organik dan kadar keasamaan yang cukup tinggi. Selain itu, industri kecil yang menerapkan teknologi reaktor berunjuk kerja tinggi ini adalah industri tapioka dan industri pemotongan hewan (Rumah Potong Hewan). Proses pengolahan dengan reaktor fixed bed tidak menghasilkan endapan lumpur yang membutuhkan pengolahan lanjutan. Selain itu ada beberapa keuntungan penggunaan reaktor fixed bed, antara lain relatif stabil terhadap perubahan kualitas influent dan keberadaan senyawa toksik, konsentrasi biomassa yang tinggi dan waktu retensi solid yang panjang 5) dapat dicapai , mudah dalam proses aklimatisasi dan mampu mengatasi influen limbah yang bervariasi tanpa kesalahan


proses[6]. Dalam hal desain, reaktor fixed bed termasuk kategori yang memiliki desain yang sebenarnya cukup sederhana dibandingkan desain reaktor high rate yang lainnya. Dilihat dari segi konsumsi energi, reaktor ini juga mengeliminasi penggunaan motor listrik untuk proses pencampuran dan jika prosesnya bisa dibuat secara grafitasi, maka penggunaan pompa juga dapat dihindari, kecuali jika dikehendaki proses resirkulasi, maka pompa tetap dibutuhkan. Hanya saja, kelemahan paling utama dari reaktor ini adalah volume reaktor menjadi lebih besar karena sebagian volumenya digunakan untuk unggun. Selain itu, penyumbatan bisa saja terjadi akibat batas ketebalan biofilm yang dilalui atau adanya padatan tersuspensi yang masuk bersama limbah cair. Jika padatan tersuspensi ini terlalu banyak, maka diperlukan pengolahan awal sebelum limbah masuk ke dalam reaktor.

Gambar 2. Skema Sederhana Reaktor Fixed Bed dengan Support Material di dalamnya

Reaktor ini dapat dioperasikan secara: up flow dan down flow dengan dan tanpa sirkulasi efluen (Gambar 3)[7]. Reaktor dengan sistem up flow, substrat umpan masuk melalui dasar reaktor yang kemudian didistribusikan diantara support material dan keluar melalui bagian atas. Pada sistem up flow terjadi akumulasi mikroba, sedangkan reaktor dengan sistem down flow substrat masuk melalui bagian atas reaktor yang kemudian terdistribusi diantara support material dan keluar melalui bagian bawah.

10

Misalnya, desain penetapan porositas dan volume efektif reaktor yang tidak tepat yang didukung oleh operasional yang buruk akan menyebabkan terjadinya channelling atau clogging yang justru menurunkan efisiensi dan tingkat konversi juga yield dari biogas.

Gambar 3 : Modus Operasi Reaktor Tipe Fixed Bed secara Anaerobik

Reaktor fixed bed adalah reaktor jenis highrate yang mengandalkan prinsip operasinya pada pembentukan biofilm dari bakteri yang menempel pada permukaan substrat inert, support material atau bed atau bahan isian. Sehingga keberadaan support material pada reaktor fixed bed memiliki peran yang sangat signifikan. Bahkan bisa dikatakan bahwa kunci proses biometanasi untuk menghasilkan biogas ada pada proses ini. Selain itu, penyusunan support material yang tidak tepat dan penempatan ukuran yang salah akan mengakibatkan proses operasi terganggu karena kemungkinan terjadinya clogging atau penyumbatan, dan juga peningkatan hilang tekan (pressure drop). Karena support material juga menjadi alasan mengapa reaktor fixed bed memiliki investasi lebih mahal karena adanya kebutuhan volume digester yang lebih besar dibandingkan dengan volume reaktor tanpa isian. Hal ini menyebabkan proses optimasi desain support material dalam reaktor menjadi faktor yang sangat penting. Fungsi dari support material adalah sebagai tempat menempel mikroba, sehingga mikroba tidak ikut terbawa oleh cairan sisa buangan atau efluen yang keluar dari reaktor. Lebih penting dari ini adalah bahwa support material menjadi tempat berlangsungnya proses reaksi produksi metana dari serangkaian reaksi biokimia yang sangat kompleks. Keuntungan lain menggunakan support material adalah jumlah mikroorganisme tidak dipengaruhi oleh jumlah beban atau banyaknya substrat yang dimasukkan atau laju beban yang tinggi, karena mikroba telah menempel dengan baik di support material. Hal ini yang menjadi keunggulan utama dari reaktor fixed bed. Namun, jika tidak didesain dengan baik, maka bisa terjadi hambatan-hambatan proses yang justru mengurangi kinerja atau bahkan membuat unjuk kerja reaktor ini menjadi tidak maksimal.


Gambar 4: Konfigurasi Sederhana Support Material di dalam Reaktor Fixed Bed

Bisa dikatakan bahwa faktor penentu kesuksesan dalam proses anaerobik yang dilakukan oleh reaktor UAFB adalah terletak pada kemampuan pengkondisian bakteri untuk memproses limbah yang melalui support material tersebut. Sehingga faktor desain support material seperti bahan material, luas permukaan, jumlah pori, bentuk, jumlah, ukuran, ketahanan bahan terhadap proses, serta konfigurasi pemasangan di dalam reaktor yang nantinya juga menentukan dalam proses transportasi bahan (baik cairan maupun gas) yang melaluinya. Struktur bed (ruang void di antara pelet dan pori dalam support material). Ketahanan material bed selama proses juga penting karena ketika bahan materialnya mudah terdegradasi maka hasilnya akan bercampur dengan fluida utama dan bahkan dalam kondisi menumpuk maka akan menyumbat sistem, apalagi jika densitasnya besar dan sistemnya dipasang secara upflow. Analoginya adalah support material untuk pelekatan pada proses konversi kimia di industri. Selain itu, faktor lain yang menentukan dalam pemilihan support material adalah ketersediaan bahan, kesulitan fabrikasi, juga harga support material. Support material dapat dibuat dari berbagai macam bahan yang tidak terdegradasi, misalnya keramik, tanah liat, batu apung atau bahan alam lainnya. Ukuran dan bentuk support material yang digunakan dapat berbentuk tidak beraturan yang dibuat dari sejenis plastik dengan bentuk geometri tertentu yaitu Hi flow 90, Plasdek C.10, Flocor R dan potongan bambu dengan ukuran tertentu.

11

Gambar 5 : Bentuk Isian Support Material yang Digunakan dalam Reaktor Fixed Bed Tabel 1. Jenis-jenis support material beserta porositasnya

Jenis

Hiflow 90

Plasdek 10

Flocor R

Potongan bambu

Luas permukaan (M /M )

65

148

320

-

Porositas (%)

96,5

96

97

71,2

2

3

Sumber : Laporan ”Program Mitigasi Gas Rumah Kaca pada Klaster Industri Kecil Tahu Purwokerto” 2009[8]

Waktu tinggal substrat dan distribusi substrat didalam media support material tetap berhubungan dengan distribusi kandungan total padatan di dalam support material akan berpengaruh terhadap unjuk kerja bio reaktor. Hal tersebut disebabkan oleh beberapa keadaan, antara lain : 1) Kandungan total padatan mengalir ke atas atau ke bawah support material, tergantung pada efek hidraulik pemberian substrat dan kecepatan produksi gas. 2) Terjadinya aliran pendek sebagai fungsi ruangan didalam support material.

Pada proses biometanasi untuk pembentukan biogas, akan terbentuk bio-film yang dihasilkan dari bakteri dan mikroorganisme yang memproses limbah. Jika tidak diantisipasi dengan baik, maka seiring berjalannya waktu, ketebalan biofilm akan semakin besar yang bisa menyebabkan timbulnya clogging atau penyumbatan. Gambar 6 di bawah ini memperlihatkan profil support material pasca penggunaannya di dalam reaktor fixed bed.

Gambar 6 : Profil Support Material Pasca Penggunaannya di dalam Reaktor Fixed Bed

Berdasarkan aplikasi percobaan yang dilakukan di lapangan, potongan bambu cukup efektif sebagai tempat menempelnya bakteri[8]. Hal tersebut dapat dilihat dari porositas bambu dan luas permukaan potongan bambu seperti yang ditunjukan pada Tabel 1 di atas. Berdasarkan teori, efektifitas dan unjuk kerja support material akan ditentukan oleh 3 parameter yaitu:

1) Partikel (bentuk, ukuran, dan karakteristik permukaan, distribusi ukuran, masa, elastisitas) 2) Deposisi (intensitas kontak ketika proses berlangsung) 3) Penanganan pasca proses (faktor berubahnya posisi pasca proses karena getaran atau dinamika fluida pemroses). Bambu adalah salah satu alternative bagi negara berkembang seperti Indonesia untuk


12

dijadikan sebagai bahan baku support material, selain karena bentuknya yang sudah menyerupai hollow cylinder, pembuatannya juga mudah, ketersediaan bahan mudah, dan harganya juga kompetitif dibandingkan dengan harga suppot material sintesis dengan perbandingan harga sekitar 1:10 hingga 1:15[9]. Dari penelitian yang dilakukan oleh Tritt[9],

ketahanan bambu cukup kuat terhadap proses anaerobik dan reaksi-reaksi biokimia yang terjadi di permukaannya. Dari penelitian tersebut terbukti bahwa lignoselulosa yang terkandung di dalam bambu akan mengalami penurunan pada tahun kedua namun setelah itu tidak akan mengalami degradasi lebih lanjut karena tercapainya kondisi keseimbangan.

Gambar 7: Berbagai Macam bentuk Support Material

Pada reaktor kontinyu fixed bed ini bisa digunakan media bambu dengan pertimbangan yaitu mudah diperoleh, murah[9], dan media inert untuk pertumbuhan bakteri yang baik. Selain itu pula menurut Colin,dkk[10] bambu mempunyai kemampuan yang rendah terhadap degradasi secara biologis yang merupakan salah satu ketentuan sebagai media penunjang . yang ideal[11] 3. APLIKASI PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAHU Secara umum, teknologi reaktor unggun tetap (fixed bed), seperti yang diterapkan dalam industri tahu di Purwokerto memiliki kelebihan, yaitu: relatif tahan terhadap guncangan, resiliensi terhadap fluktuasi limbah yang dibebankan, waktu reaksi yang lebih singkat, lumpur yang dihasilkan lebih sedikit, biaya operasional yang relatif rendah, rasio tinggi dari produksi biogas yang dihasilkan dibandingkan dengan volume limbah yang masuk (derajat konversi). Kekurangan dari tipe ini adalah: perlu pengolahan yang ketat dalam proses start-up, sistem harus benar-benar dirancang anaerobik (tidak boleh ada kebocoran oksigen masuk ke dalam sistem), memerlukan lahan yang luas untuk reaktor, adanya kesulitan dalam scalingup ukuran reaktor dikarenakan adanya keterbatasan ukuran material di pasar, serta harga bahan yang relatif mahal. Dengan


demikian, untuk menerapkan jenis teknologi reaktor unggun tetap, perhitungan ekonomi yang sangat rinci diperlukan untuk menghasilkan biogas secara optimal dengan kelayakan ekonomi yang tinggi. Prinsip teknologi ini adalah "untuk mengembangbiakan bakteri". Pada saat pembangunan pengolahan limbah di Purwokerto, BPPT telah melakukan tahapan proses yang diperlukan untuk menghasilkan reaktor yang optimal, termasuk di antaranya adalah: pemilihan jenis reaktor, desain yang mengantisipasi fluktuasi produksi akibat volume input limbah cair tahu, pengembangan kapasitas dan bantuan teknis sehingga masyarakat dapat melakukan kegiatan operasional reaktor biogas oleh mereka sendiri. Hal ini tentunya mendukung proses pengelolaan berkelanjutan yang pada umumnya menjadi kendala bagi pengembangan biogas di Indonesia[8]. Pada tahun 2009 dan tahun 2010, Pusat Teknologi Lingkungan BPPT bekerja sama dengan Kemenristek telah membangun 4 unit percontohan reaktor unggun tetap di 2 daerah Banyumas, yaitu 2 reaktor untuk mengolah limbah cair industri tahu di Desa Kalisari, 1 reaktor untuk mengolah limbah cair industri tahu di Desa Cikembulan, dan 1 reaktor untuk mengolah limbah cair industri tapioka di Desa Gumelar. Unjuk kerja keempat reaktor ini sedemikian baiknya sehingga untuk unit biogas dari limbah tahu saja, telah ada sebanyak 52 Rumah Tangga pengrajin tahu yang dapat 13

menggunakan biogas sebagai pengganti LPG dalam aktifitas harian hingga saat ini. Selain itu, dampak mitigasi GRK juga dapat dijadikan pertimbangan yang bisa mendukung lebih jauh tentang implementasi teknologi reaktor berunjuk kerja tinggi. Berdasarkan perhitungan yang memasukan parameter pengurangan emisi akibat pengurangan emisi CH4 akibat pengolahan limbah, pengurangan emisi N2O akibat penggantian pupuk kimia, dan

pengurangan emisi CO2 akibat penggantian bahan bakar LPG, limbah cair tahu di Indonesia akan mampu menyumbang penurunan emisi sekitar 866,804.16 ton CO2eqv. Jumlah unit rumah tangga yang bisa dipenuhi kebutuhannya oleh biogas diperkirakan akan mencapai 362,327 unit, dengan potensi penghematan LPG sebesar 1,086 tabung LPG seukuran 3 kg per bulan atau 3,260 ton LPG per bulan[13].

Tabel 2 : Implementasi Reaktor Fixed Bed untuk Pengolahan Limbah Cair industri Tahu di Kabupaten Banyumas

Sumber : Naskah akademik REEEP[13] Di Desa Kalisari tempat pertama kali teknologi biogas ini diimplementasikan, pengurangan emisi yang bisa dicapai adalah sekitar 754 ton CO2eqv dari total potensi 3,537 ton CO2 eqv atau sekitar 21%[13]. Selain itu, jumlah rumah yang mampu dihidupi oleh biogas sekitar 88 rumah tangga 25% dari total potensinya. Berdasarkan pertimbangan

Gambar 8 :

penggunaan sumber energi terbarukan untuk menggantikan bahan bakar fosil, dengan jumlah tersebut Desa Kalisari sebenarnya bisa dikategorikan sebagai Desa Mandiri Energi (DME). Dengan demikian, implementasi teknologi ini juga mampu mendorong tumbuhnya desa-desa yang mandiri energi di Indonesia.

Reaktor Biogas Fixed Bed di Desa Kalisari, Purwokerto Kerjasama dengan BPPT dan Kementerian Riset dan Teknologi

Pada awalnya definisi Desa Mandiri Energi (DME) adalah desa yang masyarakatnya memiliki kemampuan memenuhi lebih dari 60% kebutuhan energinya (listrik dan bahan bakar) dari energi terbarukan yang dihasilkan melalui pendayagunaan potensi sumberdaya setempat[13]. Namun, pada pelaksanaannya pengukuran 60% ini sulit dilakukan di lapangan. Karena untuk mengukur besar kebutuhan energi, harus dilakukan pengukuran energi dasar serta pemenuhan kebutuhan energi pasca penggunaan energi terbarukan. Untuk saat ini,


pengukuran hal tersebut masih sulit dilakukan karena belum ada standar metode pengukuran yang disepakati bersama. System MRV (Measurement, Reporting, dan Verification) di sektor energi dan emisi GRK saat ini masih dikembangkan dan belum mencapai hasil yang bisa dijadikan standar bersama. Terkait dengan hal tersebut, meskipun definisi DME masih dikembangkan. Pihak Kementerian ESDM menetapkan bahwa selama ada usaha penyediaan sumber energi terbarukan untuk memenuhi kebutuhan energi

14

desa dalam kuantitas yang cukup signifikan, maka desa tersebut bisa dikategorikan sebagai DME. Secara nyata, Desa Mandiri Energi bertujuan untuk membuka lapangan kerja, mengurangi kemiskinan, dan menciptakan kegiatan ekonomi produktif. Sedangkan, tujuan utama pengembangan Desa Mandiri Energi adalah mengurangi kemiskinan dan membuka lapangan kerja untuk mensubstitusi bahan bakar minyak. Biogas sebagai sumber energi terbarukan yang ramah lingkungan memiliki potensi implementasi untuk pengembangan desa-desa mandiri energi di Indonesia yang memiliki limbah cair organik dari industri kecil dan peternakan[14]. Oleh karena itu, pengembangan kinerja reaktor-reaktor biogas masih perlu dilakukan untuk mencapai hasil yang optimum serta memperbesar peluang penyebaran dan implementasi di daerah-daerah yang memiliki sumber limbah cair organik untuk diolah.

362,327 unit, dengan potensi penghematan LPG sebesar 1,086 tabung LPG seukuran 3 kg per bulan atau 3,260 ton LPG per bulan. DAFTAR PUSTAKA 1.

2.

3. 4. 5.

4. KESIMPULAN Berdasarkan dari implementasi teknologi reaktor unggun tetap yang merupakan salah satu jenis reaktor berunjuk kerja tinggi untuk pengolahan limbah industri tahu di desa Kalisari, Banyumas, teknologi ini memiliki prospek yang sangat baik untuk dikembangkan serta untuk mengoptimalkan potensi pengolahan limbah sebagai upaya pengembangan desa sentra industri tahu menjadi desa mandiri energi berbasis energi biogas. Pengolahan limbah industri kecil tahu menjadi biogas dapat mendorong program pemerintah untuk pengembangan desa mandiri energi yang memungkinkan masyarakatnya bisa menghasilkan energi secara mandiri yang cukup memenuhi kebutuhan sehari-hari sekaligus juga menurunkan emisi sebagai akibat dari aktifitas pengolahan limbah dan juga substitusi bahan bakar fosil. Jika suatu desa memiliki industri tahu yang dapat diolah menjadi biogas dengan kuantitas yang cukup, maka desa tersebut bisa dikategorikan sebagai desa mandiri energi. Selain itu, dampak mitigasi GRK juga dapat dijadikan pertimbangan yang bisa mendukung lebih jauh tentang implementasi teknologi reaktor berunjuk kerja. Berdasarkan perhitungan yang memasukan parameter pengurangan emisi akibat pengurangan emisi CH4 akibat pengolahan limbah, pengurangan emisi N2O akibat penggantian pupuk kimia, dan pengurangan emisi CO2 akibat penggantian bahan bakar LPG, limbah cair tahu di Indonesia akan mampu menyumbang penurunan emisi sekitar 866,804.16 ton CO2eqv. Jumlah unit rumah tangga yang bisa dipenuhi kebutuhannya oleh biogas diperkirakan akan mencapai


6.

7. 8.

9.

10.

11. 12.

13.

14.

Metcalf & Eddy., Tchobanoglous, G., Burton, F. L. 1., & Stensel, H. D. (2003). Wastewater engineering: Treatment and reuse (4th ed.). Boston: McGraw-Hill. Adrianus van Haandel, Mario T. Kato, Paula F. F. Cavalcanti, & Lourdinha Florencio. (2006). Anaerobic reactor design concepts for the treatment of domestic wastewater. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 21– 38. Sahm, H (1984): Anaerobic Waste Water Treatment Advance Biochem Eng/Biotecnol, 29, 83, Young, J. C. (1991). Factors Affecting The Design and Performance of Upflow Anaerobic Filters. Wat. Sci. Tech. , 133-155 Malina, Joseph F. and Fredrick G. Pohland. 1992. Design of Anaerobic Process for The Treatment of Industrial and Municipal Wastes. Water Quality Management Library vol.7. Technomic Publishing Co. Inc..Lancester-USA. Umana, Oscar, Svetlana Nikolaeva, Enrique Sa´nchez, Rafael Borja, Francisco Raposol.(2008). Treatment of screened dairy manure by upflow anaerobic bed reactors packed with waste tyre rubber and combination of waste tyre rubber and zeolite: Effect of hydraulic retention time. Bioresource Technlogy 99 (2008) 7412-7417. Mubyarto.(1984) Strategi Pembangunan Pedesaan. Yogyakarta : Pusat Penelitian Pembangunan dan Kawasan, UGM. 1984 Winanti, W. S., Wiharja, Prasetyadi, Lestario, W., & Indriyati. (2009). Program Mitigasi Gas Rumah Kaca Pada Sektor Klaster Industri Tahu. Jakarta: BPPT. Tritt,W.P., F. Zadrazil, U. Menge-Hartmann, S. Schwarz.(1993). Bamboo as a support material in anaerobic reactors. World Journal of Microbiology and Biotechnology, Vol 9. 1993. Colin, X, J.-L. Farinet, O. Rojas, D. Alazard. 2006. Anaerobic treatment of cassava starch extraction wastewater using a horizontal flow filter with bamboo as support. Bioresource Technlogy 99 (2007) 1602-1607. Grady and Lim. 1990. Biological Wastewater Treatment. Marcel Dekker Inc : New York. Yingnan Yang, Chika Tada, Md Shohidullah Miah, Kenichiro Tsukahara, Tatsuo Yagishita, & Shigeki Sawayama. (2004). Influence of bed materials on methanogenic characteristics and immobilized microbes in anaerobic digester. Materials Science and Engineering, 413–419. Winanti, W. S., Wiharja, Prasetyadi, Lestario, W., Sitomurni, A. I., & Parlina, I. (2013). Development of Planning and Policy Support for Improving the Potential Production of Biogas as Renewable Energy in Indonesia’s Tofu Industries. Jakarta Sugiyono, B. A., Suyanta, & Rahbini. (2013). Biogas Digester as an Alternative Energy Strategy in the Marginal Villages in Indonesia. Energy Procedia, 136 – 144 15


16

APLIKASI REAKTOR HIGH RATE PERFORMANCE PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI KECIL TAHU

Recommend Documents