PERENCANAAN ANAEROBIC DIGESTER SKALA RUMAH TANGGA UNTUK MENGOLAH LIMBAH DOMESTIK DAN KOTORAN SAPI DALAM UPAYA MENDAPATKAN ENERGI ALTERNATIF Oleh: Annisa Ramdhaniati 3307 100 083 1
Dosen Pembimbing: Ir. Eddy S. Soedjono, Dipl.SE., MSc., PhD
LATAR BELAKANG
2
RUMUSAN MASALAH
Bagaimana merencanakan anaerobic digester skala rumah tangga yang effisien untuk mengolah limbah domestik dan kotoran sapi? Berapa BOQ (Bill of Quantity) dan RAB (Rencana Anggaran Biaya) untuk pembuatan anaerobic digester? Apakah nilai manfaat dari penggunaan anaerobic digester? 3
RUANG LINGKUP
Jenis sapi yang digunakan adalah sapi perah. Jumlah anggota keluarga dalam 1 KK adalah 4-5 orang. Desain anaerobic digester dilakukan untuk 4 variasi komposisi limbah. Variasi komposisi limbah domestik : kotoran sapi sebagai berikut 1 KK : 2 sapi; 1 KK : 3 sapi; 1 KK : 4 sapi; dan 1 KK : 5 sapi. Dihitung mass balance digester anaerobik. Anaerobic digester akan didesain untuk skala rumah tangga. Dihitung BOQ dan RAB untuk pembuatan anaerobic digester. 4 Dibuat Standart Operasional Procedure (SOP) dari penggunaan anaerobic digester.
TUJUAN
Merencanakan digester anaerobik skala rumah tangga yang effisien untuk mengolah limbah domestik dan kotoran sapi. Menghitung BOQ dan RAB dari perencanaan pembuatan digester anaerobik. Mengetahui nilai manfaat dari penggunaan anaerobic digester
Manfaat Memberikan alternatif pemenuhan kebutuhan energi untuk memasak sehari-hari. Memberikan beberapa rekomendasi desain anaerobic 5 digester yang effisien untuk masyarakat.
TINJAUAN PUSTAKA Anaerobic Digester Adalah pengolahan limbah organik dengan proses anaerob yang menghasilkan gas metan cukup untuk memenuhi kebutuhan energi. Biogas Adalah gas yang dihasilkan dari proses fermentasi bahan organik oleh bakteri anaerob. Biogas mengandung: gas metan (55-65%), karbondioksida (35-45%), nitrogen (0-3%), hidrogen (0-1%), hidrogen sulfida (0-1%) 6
DIGESTER DI INDONESIA
Sumber: Wahyuni, 2010 7
KRITERIA ANAEROBIC DIGESTER Kriteria Temperatur pH Alkalinitas Rasio C/N SRT Loading rate Loading rate Removal COD Removal VS Reduksi N Sumber: Polprasert, 1989
Satuan oC mg CaCO3/L hari kg VS/m3 hari kg COD/m3 hari % % %
Nilai 25-40 6,6-7,6 2500-5000 25-30 10-60 1-4 1-6 30-70 40-70 20-35 8
KARAKTERISTIK LIMBAH Karakteristik Debit Berat basah COD
Satuan Liter/hari Kg/hari mg/l
TS Total N
% mg/l
Total P Rasio C/N Densitas
mg/l
pH
Kg/m3
Black Grey water water 10/org 40/org 900 - 1500 200 700 1 10-30 100 – 300 8 - 30
Kotoran Sapi
14 600
40 – 90 6 -
2-7 -
100 32 1200 - 1600
7
6,8–8,4
7,2
25/ekor 19800
9
Sumber: Kaltwasse, 1980 dalam Wahyuni, 2010
PENGGUNAAN BIOGAS Pemakaian
Memasak
2 kali
Biogas (m3/jam) 0.33
4 kali
0.47
6 kali
0.64
2-4 kali per orang/hari
0.23-0.45
Spesifikasi
0.34-0.42
Sumber: Wahyuni, 2010
10
METODE PERENCANAAN Pengumpulan Data Data Sekunder: Karakteristik Limbah dan kotoran sapi Volume blackwater dan greywater per orang per hari Volume kotoran sapi per ekor per hari
Perencanaan 1. Perhitungan Komposisi Limbah dari variasi 1KK:2Sp; 1KK:3Sp; 1KK:4Sp; 1KK:5Sp 2. Perhitungan Kebutuhan dan Produksi Biogas 3. Penentuan Bak Pelengkap 4. Perhitungan Dimensi Digester dan Bak Pelengkap
Analisa dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran
1. Perhitungan Mass Balance Limbah 2. Perhitungan Dimensi dan Gambar Teknik Digester dan Bak Pelengkapnya 3. Perhitungan BOQ dan RAB 11 4. Penyusunan SOP
ANALISIS DAN PEMBAHASAN Karakteristik Debit Berat basah COD
Satuan Liter/hari Kg/hari mg/l
TS Total N
% mg/l
Total P Rasio C/N Densitas
mg/l
pH
Kg/m3
Black Grey water water 10/org 40/org 900 - 1500 200 700 1 10-30 100 – 300 8 - 30
14 600
40 – 90 6 -
2-7 -
100 32 1200 - 1600
7
6,8–8,4
7,2
Sumber: Kaltwasse, 1980 dalam Wahyuni, 2010
Kotoran Sapi 25/ekor 19800
12
KRITERIA PORSES ANAEROBIK Pada Suhu Mesofilik Kriteria
Nilai
Tipikal
Rasio COD:N:P
100:5:1
100:5:1
Rasio C/N
20 - 30
25
Total Solid
5 – 10 %
7%
30-40
30
HRT Sumber: Polprasert, 1989
13
PROSES PERHITUNGAN
Dimana: N1 = Konsentrasi limbah 1 N2 = Konsentrasi limbah 2 V1 = Volume limbah 1 V2 = Volume limbah 2
14
KOMPOSISI LIMBAH Limbah yang diolah dalam digester Komposisi Campuran (mg/liter) (liter/hari) No. Komposisi Koto Rasio Total Black Grey Total P % TS ran COD N C/N water water Sapi 1 KK + 2 Sapi 1 KK + 2 3 Sapi 1 KK + 3 4 Sapi 1 KK + 4 5 Sapi
1
50
0
42
9655 382
81
25
7
50
20
63
9893 362
73
27
7
50
40
83
9955 350
68
28
7
50
61
104 9993 342
65
29
7
15
EFFISIENSI REMOVAL ANAEROBIC DIGESTER Kriteria
Nilai
Tipikal
Removal COD
30 – 70 %
50%
Removal N
20 – 35 %
27,5%
Removal TS
40 – 70 %
55%
Sumber: Polprasert, 1989 16
MASS BALANCE Influen (gram/hari) No.
Tipe Digester
M COD
1 Tipe 1
885,00
2 Tipe 2
Removal (gram/hari)
Effluen (gram/hari)
M Total M Total M M Total M Total M M M N P COD N P COD Total N Total P
35,00
7,42
708,00
10,50
0,00
177,00 24,50
7,42
1307,32 47,89
9,60 1045,86 14,37
0,00
261,46 33,53
9,60
3 Tipe 3
1730,24 60,81
11,79 1384,19 18,24
0,00
346,05 42,57
11,79
4 Tipe 4
2153,15 73,73
13,97 1722,52 22,12
0,00
430,63 51,61
13,97 17
HASIL PERHITUNGAN Pro Pro Debit COD COD COD COD duksi duksi Total Influen Effluen VSS Metan Metan Biogas No. Komposisi Liter/ hari 1 KK + 2 Sapi 1 KK + 2 3 Sapi 1 KK + 3 4 Sapi 1 KK + 4 5 Sapi
1
mg/ hari
mg/ hari
mg/ hari
mg/ hari
Liter/ Liter/ hari hari
92
885000 177000 40214 667786
267
445
132
1307321 261464 59405 986452
395
658
174
1730238 346048 78622 1305568 522
870
215
2153155 430631 97839 1624684 650
1083 18
PRODUKSI BIOGAS Produksi Kebutuhan Biogas Biogas No.
Komposisi
Penggunaan Penggunaan Lama Per Jam Memasak Dapat Untuk
liter/hari
liter/jam. hari
jam/hari
KK
1
1 KK + 2 Sapi
445
330
1,3
1
2
1 KK + 3 Sapi
658
330
2,0
2
3
1 KK + 4 Sapi
870
330
2,6
3
4
1 KK + 5 Sapi
1083
330
3,3
3
19
DIMENSI DESAIN DIGESTER
No.
Tipe Digester
Bak Pengaduk Digester Debit Freebo Volum Diamet Freebo Total Diame Tinggi HRT Tinggi ter ard e er ard Liter/ (m) hari
(m)
(m)
hari (m3)
(m)
(m)
(m)
1 Tipe 1
92
0,54
0,40
0,20
30
3
1,60
1,45
0,08
2 Tipe 2
132
0,65
0,40
0,20
30
4,1
1,75
1,70
0,05
3 Tipe 3
174
0,74
0,40
0,20
30
5,2
1,87
1,90
0,00
4 Tipe 4
215
0,83
0,40
0,20
35
8
2,10
2,30
0,12
20
CON’T Penampung Gas
No.
Tipe Volume Digester
Bak Residu
Dia meter
Tinggi
Free Pan Lebar Tinggi board jang
(m3)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
(m)
1
Tipe 1
2
1,40
1,30
0,14
2,02
1,50
0,30
2
Tipe 2
3
1,60
1,45
0,14
2,65
1,65
0,30
3
Tipe 3
4,1
1,75
1,70
0,25
2,44
1,77
0,40
4
Tipe 4
5,2
1,87
1,90
0,32
2,67
2,00
0,40 21
CON’T Plat Penyekat Pada Digester No.
Tipe Digester Tinggi Lebar
Pipa Inlet Dia Panjang meter
Pipa Outlet
Kecepat Kecepat Dia an Panjang an aliran meter aliran (m/detik (m/detik (mm) (m) ) )
(m)
(m)
(mm)
(m)
1 Tipe 1
1,28
1,60
100
1,8
0,2
100
1,8
0,2
2 Tipe 2
1,54
1,75
100
2,3
0,28
100
2,2
0,28
3 Tipe 3
1,77
1,87
120
2,6
0,26
120
2,5
0,25
4 Tipe 4
2,05
2,10
120
3,0
0,32
120
2,9
0,32 22
GAMBAR DESAIN DIGESTER Penampung gas
Pengeluaran Gas
Lubang Pengadukan
Pipa Pemasukan
Lubang Pengeluaran
Slurry
Dinding Pemisah 23
24
Saluran Telentong
Pipa Blackwater overflow Pipa Greywater
25
OVERFLOW
26
PENGADUKAN
Valve
overflow
27
ALIRAN LIMBAH DALAM DIGESTER Digester
Bak Pengaduk
Bak Penampung Residu Pelampung
28
PROFIL HIDROLIS Bak Penampung Substrat a
Bak Penampung Residu
Digester b
c d
Keterangan: No. 1 2 3 4
Tipe Digester Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3 Tipe 4
+ + + +
a m 5 5 5 5
b m + 4,59 + 4,58 + 4,59 + 4,58
+ + + +
c m 4,26 4,22 4,18 4,11
+ + + +
d m 4,19 4,12 4,07 3,98
29
REDUKSI METAN KE UDARA BEBAS CH4 25x lebih effektif menangkap panas matahari dibanding CO2 Reaksi Pembakaran CH4 + 3O2 CO2 + 4H2O
No.
1 2 3 4
Mol CH4 Produksi Mol CH4 yang Metan Tipe dibakar yang Digester dibakar Liter/hari 1 tahun Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3 Tipe 4
267 395 522 650
0,0120 0,0177 0,0234 0,0291
4,4 6,5 8,5 10,6
30
RAB Volum Produ e Tipe Digest ksi No. Digest er Biogas er
Biaya yg Biaya yg Setara dikeluarkan dikeluarkan Dengan Harga untuk untuk Harga Uang yang Minyak Minyak membeli membeli Anaerobic dihemat Tanah minyak minyak Digester Per tahun
m3
liter/h ari
liter
Per liter
Per hari
10 Tahun
1
Tipe 1
3
445
0,28
Rp 10.000
Rp 2.760
Rp 10.074.659
Rp 6.600.000
Rp 347.466
2
Tipe 2
4,1
658
0,41
Rp 10.000
Rp 4.077
Rp 14.882.279
Rp 8.050.000
Rp 683.228
3
Tipe 3
5,2
870
0,54
Rp 10.000
Rp 5.396
Rp 19.696.676
Rp 10.720.000
Rp 897.668
4
Tipe 4
8
1083
0,67
Rp 10.000
Rp 6.715
Rp 24.511.073
Rp 14.640.000
Rp 987.107 31
KESIMPULAN
Volume digester yang effisien sesuai dengan limbah yang dihasilkan dari tiap kelurga yaitu: - tipe 1 = 3 m3 - tipe 2 = 4,1 m3 - tipe 3 = 5,2 m3 - tipe 4 = 8 m3 Biaya pembuatan digester:
- Tipe 1 = Volume digester 3 m3 dengan Harga Rp 6.600.000,- Tipe 2 = Volume digester 4,1 m3 dengan harga Rp 8.050.000,- Tipe 3 = Volume digester 5,2 m3 dengan harga Rp 10.720.000 - Tipe 4 = Volume digester 8 m3 dengan harga Rp 14.640.000, Penggunaan anaerobic digester dapat menghemat uang jika dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar lain yaitu minyak tanah. - Tipe 1 = Hemat biaya Rp 347.466 per tahun - Tipe 2 = Hemat biaya Rp 683.228 per tahun - Tipe 3 = Hemat biaya Rp 897.668 per tahun 32 - Tipe 4 = Hemat biaya Rp 987.107 per tahun
SARAN
Desain anaerobic digester ini belum dilakukan pemurnian gas metan sehingga diperlukan perencanaan lebih lanjut untuk purifikasi gas metan dalam biogas yang dihasilkan sehingga hanya gas metan murni yang dimanfaatkan sebagai bahan bakar (alternatif energi). Desain anaerobic digester ini mengolah blackwater, kotoran sapi, dan sebagian greywater. Maka perlu perencanaan lebih lanjut untuk mengolah greywater yang belum terolah dalam anaerobic digester.
33
TERIMA KASIH
34
