METODE PENELITIAN Lokasi dan Waktu Penelitian ini telah dilaksanakan pada bulan Januari-Februari 2012. Penelitian ini dilakukan di Fakultas Peternakan, proses produksi biogas di Laboratorium Pengelolaan Limbah Ternak dan Hasil Ikutan Ternak, Fakultas Peternakan, Institut Pertanian Bogor, dan analisis kimia di Laboratorium Pengujian Departemen Teknologi Industri Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Materi Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini, antara lain Palm Oil Mill Effluent (POME) yang diperoleh dari Pabrik Kelapa Sawit Kertajaya PTPN VIII Banten, Jawa Barat, aktivator yang berasal dari sludge biogas dan kotoran sapi potong dengan perbandingan 20%:80%, larutan H2SO4 pekat, selen, NaOH 40%, larutan H3BO3 4%, BCG-MR dan HCl 0,01N. Peralatan yang digunakan meliputi digester, gelas ukur, selang, stopwatch, termometer, gas flowmeter, indikator pH, toples plastik, cawan porselen, neraca analitik, tanur, steam-bath, desikator, oven suhu 103-105 oC, stirrer magnet, pipet, labu Kjehdahl, erlenmeyer, destilator, labu destilasi dan pembakar Bunsen. Prosedur Persiapan Bahan Baku Bahan baku POME sudah tersedia di Laboratorium Pengelolaan Limbah Ternak dan Hasil Ikutan Ternak. Selanjutnya dilakukan serangkaian pengujian untuk mengetahui kondisi awal POME sebagai bahan baku pembuatan biogas. Serangkaian pengujian tersebut, antara lain pengujian pH, Total Volatile Solid (TVS), C organik, N total, dan rasio C/N. Persiapan lain yang dilakukan sebelum penelitian utama berlangsung adalah pemeriksaan digester dari kebocoran. Digester yang digunakan adalah berbahan dasar berupa jerigen air kapasitas 20 liter yang dihubungkan dengan pipa seperti terlihat pada Gambar 6.
16
(a)
(b)
Gambar 6. Digester yang Digunakan dalam Penelitian Keterangan : a. gambar tampak samping. b. gambar tampak atas
Penelitian Utama Penelitian utama dilakukan dengan melakukan pencampuran antara POME dan sludge biogas dari campuran kotoran sapi potong dan POME sebagai aktivator dengan perbandingan 90%:10%, 80%:20%, dan 70%:30%. Bahan baku masukan biogas didapat dengan mencampurkan POME, aktivator dan CaCO3 yang digunakan untuk meningkatkan pH, kemudian campuran dimasukkan ke dalam digester. Jumlah komposisi bahan masukan biogas dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Jumlah Komposisi Bahan Masukan Biogas Bahan Baku POME Bioaktivator
Perlakuan P90A10 P80A20 P70A30 ----------------------------------liter------------------------------12,6 11,2 9,8 1,4 2,8 4,2
Bahan yang digunakan sebagai bahan masukan biogas dapat dilihat pada Gambar 7. Bahan-bahan tersebut dimasukkan ke dalam digester setiap hari. Proses pengisian digester setiap hari selama penelitian dapat dilihat pada Gambar 8.
17
Gambar 7. Campuran Bahan Masukan
Gambar 8. Proses Pengisian Bahan Masukan
Setelah kedua bahan baku tersebut dihomogenkan, dilakukan analisis awal yang meliputi rasio C/N dan TVS untuk mengetahui potensi campuran untuk dapat dikonversi menjadi biogas. Proses pembuatan biogas secara lebih lanjut dapat dilihat pada Gambar 9. Limbah Cair POME + Aktivator dengan perbandingan 90:10, 80:20, 70:30
CaCO3 Campuran media untuk produksi biogas Campuran dimasukkan ke dalam digester
Analisis awal (TVS dan rasio C/N) Pengamatan harian (pencatatan suhu, pH, produksi biogas, dan pengisian digester) Analisis akhir (TVS) Hasil pengamatan
Gambar 9. Diagram Alir Pembuatan Biogas
18
Pengisian pada digester dilakukan setiap hari selama 40 hari. Banyaknya bahan masukan yang harus diisikan ke dalam digester dihitung menggunakan perhitungan sebagai berikut : Volume yang harus diisikan tiap hari =
volume daya tampung digester waktu tinggal
Volume daya tampung digester dapat dihitung menggunakan rumus : 70% × volume total digester Penelitian utama ini dilakukan dengan melakukan pengukuran beberapa peubah yang dinilai memiliki pengaruh penting dalam produksi biogas. Pengukuran peubah-peubah tersebut, antara lain : 1.
Pengukuran Suhu Pengukuran suhu dilakukan setiap hari, yaitu dengan terlebih dahulu dilakukan pengadukan pada digester agar substrat merata, kemudian dimasukkan termometer, ditunggu beberapa menit setelah itu dilihat dan dicatat suhunya.
2.
Pengukuran pH Pengukuran pH dilakukan setiap hari. Sebelum dilakukan pengukuran pH, terlebih dahulu dilakukan pengadukan agar homogen. Hal ini karena pada proses anaerob, setiap lapisan yang terbentuk memiliki pH yang berbeda.
3.
Nilai Volatile Solid (APHA ed 21th 2540E, 2005) Alat-alat : Cawan porselen, neraca analitik, tanur, steam bath, desikator, oven suhu 103105o C, stirrer magnet, dan pipet. Bahan-bahan : Sampel campuran POME dan aktivator sebanyak 25-30 ml. Prosedur : Cawan porselen yang telah dibersihkan disiapkan kemudian dikeringkan di dalam oven bersuhu 103-105 oC selama 1 jam. Porselen tersebut lalu dimasukkan ke dalam desikator. Setelah beberapa saat, porselen ditimbang dan didapatkan bobot porselen yang dilambangkan dengan (B). Sampel sebanyak 2530 ml dimasukkan ke dalam oven bersuhu 103-105 oC selama satu jam, lalu didinginkan menggunakan desikator hingga mencapai suhu dan bobot seimbang.
19
Bobot setelah desikator dilambangkan dengan (A). Sampel (A) diambil dan dipanaskan dalam tanur dengan suhu 550 oC selama satu jam hingga seluruh bahan organik terabukan. Setelah itu, sampel didinginkan menggunakan desikator hingga mencapai suhu dan bobot seimbang. Bobot ini dilambangkan dengan (C). Perhitungan : %Volume solid =
(A − C) × 1000 × 100% (A − B)
Keterangan : A = Bobot sampel setelah didinginkan + cawan (mg) ditimbang + bobot cawan (mg) B = Bobot cawan tanpa sampel (mg) C = Bobot sampel + cawan setelah dibakar dalam tanur 4.
Kandungan Nitrogen dengan Metode Kjedahl (APHA ed. 21th 4500-Norg C, 2005) Bahan-bahan : Larutan H2SO4 pekat, Selen, NaOH 40%, larutan H3BO3 4%, BCG-MR, HCl 0,01 N. Alat-alat : Labu Kjedahl, erlenmeyer, destilator, dan labu destilasi. Prosedur : Sampel sebanyak 0,25 gr dimasukkan ke dalam labu kjedahl lalu ditambahkan 2,5 ml H2SO4 pekat dan 0,25 gr Selen. Larutan tersebut kemudian didestruksi
hingga
jernih.
Setelah
larutan
tersebut
dingin,
kemudian
ditambahkan 15 ml NaOH 40%. Larutan penampung dalam erlemeyer 125 ml disiapkan, yang terdiri atas 19 ml H3BO3 4% dan BCG-MR sebanyak 2-3 tetes. Larutan sampel dimasukkan ke dalam labu destilasi, kemudian didestilasi. Destilasi dihentikan apabila sudah tidak ada gelembung yang keluar pada larutan penampung. Hasil destilasi kemudian dititrasi dengan HCl 0,01 N. Perhitungan : %N =
(ml titrasi sampel − ml titrasi blanko) × N HCl × 14 × 10 ml sampel
20
5.
Kandungan Karbon (JICA, 1978) Bahan-bahan : Sampel sebanyak 2 gram. Alat-alat : Oven, cawan porselin, desikator, Bunsen, tanur, dan neraca analitik. Prosedur : Kadar C-organik dihitung berdasarkan kadar abu. Penentuan kadar abu didasarkan dengan menimbang sisa mineral sebagai hasil pembakaran bahan organik pada temperatur sekitar 550 oC. cawan porselin dikeringkan menggunakan oven pada temperatur 105 oC selama satu jam, lalu didinginkan di dalam desikator selama 30 menit dan ditimbang hingga didapatkan berat tetap (A). Sebanyak 2 gr sampel ditimbang (B) dan dimasukkan ke dalam cawan porselin, kemudian dipijarkan di atas pembakar bunsen hingga tidak berasap. Setelah dipanaskan, sampel dimasukkan ke dalam tanur listrik (furnace) dengan temperatur 650 oC selama ± 12 jam. Cawan didinginkan dengan desikator selama 30 menit, kemudian ditimbang hingga didapatkan berat tetap (C). Perhitungan : Kadar Abu (%) =
Kadar C = 6.
C × 100% B
100% − Kadar Abu (%) − Kadar Nitrogen (%) 1,82
Produksi Gas Produksi gas diketahui dengan mengukur laju alir gas menggunakan gas flowmeter. Rancangan dan Analisis Data Analisis dilakukan secara diskriptif. Produksi gas dianalisis dengan Analisis
Regresi kuadratik, yang terdiri atas dua peubah, yaitu peubah bebas (X) dan peubah tak bebas (Y). Waktu perombakan bahan organik termasuk dalam peubah bebas (X), sedangkan produksi gas termasuk dalam peubah tak bebas (Y). Analisis regresi ini dilakukan dengan bantuan software Minitab 14 Data Analysis. Persamaan umum Regresi Kuadratik adalah :
21
Y = αX2 + βX + C Keterangan : Y α β C X
= peubah tak bebas (produksi gas dan nilai pH) = koefisien regresi X2 terhadap Y = koefisien regresi X terhadap Y = konstanta = peubah bebas (waktu)
Penghitungan nilai α dan β dapat dilakukan dengan rumus sebagai berikut : α=
β=
(∑ )(∑ )
∑
(∑ )
∑
(∑ ) ∑
(∑ )(∑
)
(∑ )
∑
Analisis Regresi kuadratik memiliki nilai Koefisien Korelasi (r) yang menunjukkan keeratan hubungan antara peubah bebas (X) dan peubah tak bebas (Y). Selain itu, analisis ini juga memiliki nilai Koefisien Determinan (R2) yang menunjukkan ukuran proporsi keragaman total pada nilai peubah tak bebas (Y) yang dapat dijelaskan oleh nilai peubah bebas (X) melalui hubungan kuadratik. Persamaan umum untuk mengetahui nilai r adalah : r =
∑ [ ∑
(∑ )(∑ ) (∑ ) ][ ∑
(∑ ) ]
Hipotesis yang diuji dengan Analisis Regresi kuadratik adalah sebagai berikut : Pengaruh waktu perombakan bahan organik (X) terhadap produksi gas (Y) pada setiap perlakuan: H0 = Waktu perombakan bahan organik (X) tidak berpengaruh nyata terhadap produksi gas (Y) H1 = Waktu perombakan bahan organik (X) berpengaruh nyata terhadap produksi gas (Y) Uji statistik yang digunakan untuk menganalisis nilai TVS pada hari ke-40 adalah Analisis Ragam (ANOVA) menggunakan bantuan software Minitab 14 Data Analysis.
22
