PERENCANAAN BIODIGESTER TINJA MANUSIA DAN KOTORAN TERNAK SKALA KOMUNAL RUMAH TANGGA DI KECAMATAN NGANCAR, KABUPATEN KEDIRI

PERENCANAAN BIODIGESTER TINJA MANUSIA DAN KOTORAN TERNAK SKALA KOMUNAL RUMAH TANGGA DI KECAMATAN NGANCAR, KABUPATEN KEDIRI Wardahni, E.K*, Marsono, B.D** *

Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 60111 [email protected] ** Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya 60111 [email protected]

Abstract Biogas is one of the alternative energy which has been applied by breeders in rural area. The rural alternative energy program declaration is one of the developing of processing and utilization domestic waste sanitation as we see the example in Ngancar Subdistrict, Kediri Regency. In 2006, 45 % of the population of Ngancar didn’t have a private toilet. This planning of biodigester made of humans and livestocks feces mixing is supporting ODF Sukses Kecamatan Ngancar (Open Defecation Free) program by Health Departement Service of Kediri district. The purpose of this planning is to create a biodigester which has both good quality and quantity of methane gas and also can fullfil household need better than previous design. The domestic wastes utilization of simple separated toilet scale communal from two family are ten people and four dairy cows. The plannning analysis is gotten from the result of a mix waste laboratory analysis with COD 9446 mg/liter, TSS 6,7%, water content 93,3%, pH 8,227,12 as parameter in 35ºC initial temperature.The mixing composition between human and animal feces which is diluted by water is 1:1:1 in estimate. The waste of blackwater analysis which is accomodated from one person is producing 10 liter/day. The amounts from one livestock is producing 21 liter/day. Design communal household of the proposed three typical, the type 1 of the two families and four livestocks feces mixing the amount of waste 184 liters/day, type 2 of the five families and ten livestocks feces mixing amount of waste 460 liters / day, and the type 3 of the ten families and twenty livestocks feces mixing amounts of waste 1420 liters/day. It turns out that the methane gas of type 1 that is produced can fulfill cooking need in one hours for two familes amounts of methan 525 liters/day. In type 2 is able to meet the needs of cooking for three families amounts of methan 1299 liters/day, while type 3 is able to meet the needs of cooking for seven families amounts of methan 1942 liters/day. The adding process of Ca(OH)2 to the gas-catcher channel aims to precipitate CO2 gas to be Ca(CO3). By simple trial is found that every 18 liter waste needs a mix of one liter/month of water from 20 gram lime. So it is gained 9-10 liter/month of lime liquid from 200 gram lime for simple purification to digester. The planned fixe-dome biodigester contains of blackwater tube, manual mixer tub, digester, balloon gas-container, residue tub, and simple purification tube. In budget plan, this anaerobic biodigester planning of humans and livestocks feces cost approximately IDR 4.950.000,- for type 1, IDR 12.700.000,- for type 2, and IDR 17.100.000,- for type 3 with an additional investment of communal waste vacuum manure IDR 4000,000. Keyword: anaerobic, blackwater, digester, fixe-dome, separated toilet, purification 1. PENDAHULUAN Sebagian besar penduduk Indonesia masih mengandalkan sektor pertanian dan peternakan untuk menggerakkan roda perekonomian. Produk pertanian dan peternakan tersebut menghasilkan 1

limbah organik. Pada umumnya, limbah tersebut dimanfaatkan sebagai pupuk kandang dan dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif, yaitu dengan reaktor biogas. Sistem reaktor biogas memiliki keuntungan, yaitu mengurangi efek gas rumah kaca, mengurangi bau yang tidak sedap, mencegah penyebaran penyakit, memiliki daya (mekanis/listrik) dan hasil samping berupa pupuk padat dan cair. Pemanfaatan limbah dengan cara seperti ini secara ekonomi sangat kompetitif seiring naiknya harga bahan bakar minyak dan pupuk anorganik. Cara seperti ini merupakan praktek pertanian yang ramah lingkungan dan berkelanjutan (Marchaim, 1992; Anonim, 1984).

(a) (b) Gambar 1. (a) Peta Kabupaten Kediri, (b) Peta Kecamatan Ngancar

Pengembangan teknologi biogas di Kota Kediri dimulai sejak Mei 2008. Sebagai contoh pengembangan berhasil dilakukan pada Kelompok Tani Karya Tani Kelurahan Ngampel yang memanfaatkan limbah ternak dari 14 ekor sapi bantuan dari Dinas Pertanian. Biodigester ini berdimensi panjang 10 m dan diameter 1,5 m mampu menghasilkan biogas sebanyak 4,42 m3. Pengembangan biogas juga dilakukan pada kelompok Tani Rukun Makmur Kelurahan Singonegaran dengan dimensi panjang 8 m dan diameter 1,5 m, biodigester ini mampu menghasilkan biogas sebanyak 3,53 m3. Sedangkan untuk pemanfaatan kotoran manusia sebagai bahan dasar biogas ditemukan oleh sekelompok warga di Kelurahan Ngancar-Kabupaten Kediri dan Kelurahan BalowertiKotaKediri (Biogas dari MCK). Berawal dari minimnya anggaran untuk perawatan kamar mandi dan WC umum, warga mulai berfikir untuk memanfaatkan limbah kotoran manusia tersebut. Namun, tahun 2009 program itu tidak berjalan sempurna karena banyaknya kecamatan yang melakukan program ini mengalami kegagalan dengan beberapa alasan, yakni tidak beroperasi. Masalah yang kedua, budaya membuang tinja di sepanjang bantaran sungai masih menjadi identitas rendahnya kualitas sanitasi di beberapa Kecamatan di Kabupaten Kediri. Ini adalah contoh sekian banyak pengembangan pengolahan dan pemanfaatan sanitasi limbah domestik di Kabupaten Kediri dalam bentuk pencampuran variasi buangan kotoran ternak dan tinja manusia. Berdasarkan Badan Pusat Statistik 2007, masyarakat Indonesia yang tidak memiliki jamban pribadi di rumah sebanyak 40,14%. Dari data diatas, 49,43% diantaranya merupakan masyarakat pedesaan. Dan berdasarkan Survei Sosial Ekonomi Nasional (SUSENAS) 2006 ternyata hanya 40,67 % dari total jumlah rumah tangga yang rumahnya dilengkapi dengan tangki septik dan parahnya di desa hanya 24,37 % yang mempunyai tangki septik. Di Kecamatan Ngancar dengan angka 45% warga tidak memiliki WC pribadi, seperti tertera pada Gambar 2. Ini berarti masyarakat yang tidak memiliki jamban pribadi melakukan perilaku buang air besar sembarangan (BABS). Penerapan teknologi pengolahan limbah domestik sebagai sumber energi dalam bidang sanitasi merupakan suatu terobosan solusi kegiatan sanitasi masyarakat. Sistem sanitasi yang disebut Ecological Sanitaion (EcoSan) adalah menutup semua rantai nutrien sehingga tidak mencemari lingkungan. Buangan manusia yang mengandung nutrien diolah onsite sehingga terhindar dari bakteri patogen dan dapat digunakan untuk keperluan pertanian. Penerapan teknologi lingkungan dalam sanitasi mempunyai pengaruh yang besar dan keuntungan yang lebih luas, diantaranya penerapan separated toilet. Separated toilet berupa toilet yang memiliki dua saluran yaitu saluran 2

untuk tinja dan saluran untuk urin manusia seperti pada Gambar 3. Fungsi dua saluran berbeda dimaksudkan untuk memisahkan hasil buangan manusia, seperti urien yang mengandung beberapa nutrien (N, P, dan K) dapat digunakan kembali sebagai penyubur tanaman berupa pupuk (Rofiqoh, 2010). Sedangkan tinja manusia yang mengandung kadar organik tinggi dapat dimanfaatkan sebagai penghasil biogas dalam biodigester pilihan. Teknologi biogas bukan saja menjadi salah satu solusi menghadapi krisis energi tetapi juga mampu mengatasi masalah buangan limbah ternak, limbah domestik rumah tangga serta kesehatan lingkungan masyarakat melalui sukses ODF (Open Defecation Free) untuk Kecamatan Ngancar.

Gambar 2. Grafik Kondisi Sanitasi di Kecamatan Ngancar

Gambar 3. Skema Ecological Sanitaion dari Separated toiled

Total berat basah tinja manusia100-400 gr/hari, dan berat kering 30-60 gr/hari (Richard dkk, 1980). Keluaran berupa feses bersama urin dibuang ke dalam tangki septik. Total air yang digunakan untuk pembilasan urine rata-rata berkisar 0,4 liter/orang/hari. Total urine yang dihasilkan rata-rata 1 liter/orang/hari, sehingga total keluaran pemisah urine mencapai 1,4 liter/orang/hari (Fujita, 1989). Pendekatan untuk membuat managemen air limbah domestik lebih berkelanjutan adalah memisahkan urine pada toilet. Adapun tipikal dari kuantitas dan karateristik air limbah domestik dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Kuantitas dan Karateristik Air Limbah Domestik Debit (liter/org . hari)

pH

Tinja

0,15

7-7,5

14-33,5

30

Urin

1,25

7(4,5-8)

5-6

20-60

Pembersih Anus

10,5

7

-

-

Limbah

BOD (gram/org. hari)

TSS (gram/org. hari)

Air Guyur 12-48 7 Sumber:Kujawa, 2005 dan Morel dan Diener, 2006 dalam Soedjono dkk, 2010

Kriteria kotoran ternak sapi perah yang mempunyai bobot badan 450 kg menghasilkan limbah padat dan urine kurang lebih 25 kg per ekor per hari (Wahyuni, 2010). Biogas merupakan hasil dari degradasi secara anaerobik dari zat-zat organik (Yadvika, 2004). Keuntungan digester anaerobik adalah prosesnya memerlukan energi yang lebih kecil, nutrisi yang lebih sedikit, lumpur yang dihasilkan lebih sedikit, menghasilkan gas metan yang berpotensi sebagai sumber 3

energi, volume reaktor yang dibutuhkan lebih kecil (Metcalf dan Eddy, 2003). Untuk menghasilkan biogas dibutuhkan reaktor biogas (digester) yang merupakan suatu instalasi kedap udara sehingga proses dekomposisi bahan organik dapat berjalan secara optimum (Wahyuni, 2010). Produksi biogas secara optimum dapat dicapai bila nilai pH dari campuran input di dalam digester berkisaran 6-7. Bakteri metanogenik sangat peka terhadap pH dan tidak bertahan < pH 6,6. Ketika perudiksi metana dalam kondisi stabil, kisaran nilai pH adalah 7,2-8,2. Produksi gas sangat bagus yaitu kisaran mesofilik, antara suhu 25ºC-35ºC (Price, 1981). Di Indonesia, tipe digester yang banyak digunakan adalah reaktor balon yang terbuat dari plastik UV dan fixed dome yang terbuat dari beton. Digester tipe fixe-dome merupakan digester skala komunal.

Gambar 4. Digester Fixe-dome

Pengelolaan pada bagian digester memiliki efesiensi yang cukup tinggi dan dapat dijadikan kriteria disain biodigester, tertera pada Tabel 2. Tabel 2. Efesiensi Removel Digester Kriteria Nilai Tipikal Removel COD 30-70% 50% Removel N Removel P

20-35% 40-70%

27,50% 55%

Sumber: Polprasert, 1989

Tabel 3. Komposisi Gas Hasil dari Biogas Jenis Gas Hasil Biogas Volume (%) Metana (CH4) Karbondioksida (CO2) O2, H2, dan H2S

50-70 30-40 1-2

Sumber: Polplasert, 1989

Tabel 4. Perbandingan Hasil Pembakaran Biogas dengan Bahan Bakar Lain Hasil Biogas Setara Bahan Bakar Lain Elpiji 0,46 kg Minyak tanah 0,62 liter Minyak solar 0,52 liter 1 m3 biogas Bensin 0,80 liter Gas kota 1,50 m3 Kayu bakar 3,50 kg Sumber: Wahyuni, 2010

Produk utama dari proses dekomposisi anaerobik limbah organik adalah gas metan. Metan tidak berwarna, tidak berbau, dan memiliki nilai bakar yang tinggi terhadap hidrokarbon. Pada kondisi

4

normal gas tidak terdapat dalam air limbah yang tidak diolah karena jumlah oksigen yang kecil cenderung menjadi racun bagi organisme yang berperan pada produksi gas metan. Proses pemanfaatan hasil pembakaran gas metan yang optimal butuh prakondisi sebelum dibakar yaitu melalui proses pemurnian/penyaringan. Tujuan pemurnian (biogas purification) karena kondensat yang terbentuk dapat terakumulasi dalam saluran gas dan juga dapat membentuk larutan asam yang korosif ketika kontak dengan air. Selain pencegahan korosi, pemurnian biogas juga menghindari keracunan H2S (ambang batas maksimum 5 ppm, mencegah kandungan sulfur yang ketika terbakar menjadi SO2 atau SO3 dengan racun lebih kuat dari H2S serta meminimalkan terbentuknya H2SO3 yang sangat korosif. Jika kandungan gas Hidrogen sulfida yang tinggi dalam biogas dicampur dengan oksigen maka akan menghasilkan gas yang mudah meledak (Wahyuni, 2010). Larutan basa kuat yang digunakan adalah larutan kapur.Reaksi Kimia dari pemurnian CH4 dengan dilewatkan pada : larutan kimia basa kuat

2. METODOLOGI PENELITIAN Metode perencanaan merupakan acuan yang digunakan dalam pelaksanaan perencanaan. Perencanaan biodigester tinja manusia dan kotoran ternak skala komunal rumah tangga di Kecamatan Ngancar Kabupaten Kediri, membantu mendorong pencapaian RPJMN 2009-201. LATAR BELAKANG Realita Saat Ini

Kajian Pustaka • Tinja manusia potensial menghasilkan biogas • Penduduk Jawa Timur ratarata yang bertani memiliki hewan ternak 2-5 ekor • Purifikasi gas metan lebih menguntungkan untuk pemanfaatan hasil biogas

METODE

RUMUSAN MASALAH Permasalahan

• masyarakat Indonesia yang tidak memiliki jamban pribadi 40,14%. Dan 49,43% merupakan masyarakat pedesaan. Sedangkan Kec. Ngancar 45 % tidak punya WC Gap • 87% penduduk Kec.Ngancar Kab.Kediri berprofesi sebagai petani ladang dan ternak hewan. Sejak 2008 ada program Biogas pedesaan • Krisis Energi

><

Pengolahan Data Pengumpulan Data •

Data Primer: - Perhitungan debit tinja manusia dan kotoran ternak Kec.Ngancar - Uji laboratorium COD, TSS, Suhu, dan pH sampel dari Kec. Ngancar •

Data Sekunder: - Data Geografis Angka dan Peta Kec. Ngancar - Karateristik dan volume blackwater tinja manusia dan kotoran sapi perah - Instalasi biodigester yang sudah ada di Kec. Ngancar

• •

Hasil analisa data primer dan pemilihan data sekunder Pemilihan unit disain untuk biodigester skala komunal rumah tangga 2KK

1)Berapa jumlah limbah yang akan diolah dan berapa jumlah volume gas methan yang dihasilkan?

Tujuan 1) Mengidentifikasi dan menganalisa jumlah limbah yang diolah serta banyaknya volume gas methan yang dihasilkan

Permasalahan 2) Bagaimana disain SPAL dan anaerobik biodigester skala komunal rumah tangga yang tepat?

Tujuan 2) Menyusun disain SPAL Anaerobik Biodigester beserta analisa perhitungannya

Permasalahan 3) Berapa biaya investasi per m3 limbah olahan (Rp/m3) dan biaya investasi per rumah tangga(Rp/RT)?

Tujuan 3) Menghitung RAB pembuatan unit Anaerobik Biodigester skala komunal rumah tangga Kec.Ngancar

Perencanaan • • • •

• • • •

Debit ideal tinja manusia dan kotoran sapi perah Kec.Ngancar Biodigester Komunal 2KK WC Komunal 2KK Bak Pengumpul Blackwater

HASIL PENELITIAN

Studi Literatur Karateristik kotoran sapi & tinja manusia proses anaerob pada digester Hasil dan purifikasi gas metan Konversi energi alternatif digester

Hasil yang Diharapkan

Hasil yang Diharapkan

Hasil yang Diharapkan

Akan diperoleh hasil identifikasi dan analisa jumlah limbah yang akan diolah serta volume gas methan yang dihasilkan

Akan diperoleh susunan disain SPAL biodigester anaerobik serta analisa perhitungannya

Akan diperoleh perhitungan RAB pembuatan unit biodigester anaerobik skala komunalrumah tangga Kelurahan Ngancar

Gambar 5. Kerangka Perencanaan

Pengumpulan Data Data Primer: 1) Perhitungan debit air limbah dari toilet terpisah tinja dan urin dari debit kotoran ternak sapi perah di Kecamatan Ngancar, Kabupaten Kediri. Total tinja manusia/blackwater 10 liter/orang/hari, dan kotoran ternak 21 liter/ekor/hari. Penghitungan dilakukan pada 3 Tipikal, Tipe 1 (2KK+4ekor sapi), Tipe 2 (5KK+10ekor), dan Tipe 3 (10KK+20ekor). 2) Pengukuran exiting data dari penelitian pendahuluan dengan parameter pH, COD, dan TSS untuk perencanaan operasi biodigester Kecamatan Ngancar. Parameter yang diperiksa tiap minggu: COD, pH, dan Suhu Parameter yang diperiksa pada awal dan akhir penelitian: pH, COD, TSS

5

Tabel 5. Komposisi Blacwater dan Kotoran Ternak Kotoran Sapi Per ekor Berat Basah Densitas Volume

= = =

COD Total N Total P TS

= = = =

25 1200 0,02 21 19800 600 100 14

kg/m3 kg/m3 m3 liter/hari mg/l mg/l mg/l %

Blackwater Per orang Volume = 10 liter/hari COD = 1200 mg/l Total N = 200 mg/l Total P = 65 mg/l TS = 1 % Sumber: Kujawa, 2005 dan Morel dan Diener, 2006 dalam Soedjono dkk, 2010 dan Wahyuni, 2010

Penelitian pendahulu ini dilakukan dengan pembuatan dua sampel, yakni Reaktor 1 dan Reaktor 2. Beda perilaku di laboratorium hanya pada perlakuan proses purifikasi pada Rekator 2, seperti pada Gambar 6.

Gambar 6. Biodigester untuk uji laboratorium

Pengolahan Data Pengolahan data sekunder akan dianalisis, dievaluasi dan dipilih yang sesuai dengan kondisi perencanaan yang diinginkan. Studi literatur dipilih dengan studi kasus di Indonesia hingga beberapa negara berkembang yang memiliki karakteristik yang cukup mirip, seperti negara di India dan Cina. Perencanaan Digester Setelah dilakukan pengolahan data sekunder, kemudian dilakukan perencanaan digester dengan menggunakan data-data tersebut. Langkah-langkah perencanaan digester sebagai berikut : 1) Bak Penampung Blackwater Bak penampung ini akan menampung blackwater dari WC komunal 2KK. Kapasitas volume bak penampung disesuaikan dengan volume limbah yang dihasilkan per hari. Blackwater akan mengalir dari water closet (wc) dengan sistem perpipaan tertutup dan tertanam dalam tanah. Sistem pipa tertutup ini akan langsung menuju pada muara pertemuan bak pengaduk manual dari kotoran sapi. Bak penampung ini tidak dilengkapi dengan blade (pengaduk) yang dioperasikan secara manual karena pertimbangan segi estetika pengoperasian. 2) Bak Pengaduk Manual Bak pengadukan manual ini merupakan pengaduk substrat dari kotoran sapi yang bersumber dari minimal 4 ekor sapi seperti pada kondisi masyarakat Kecamatan Ngancar pada umumnya. Pada unit ini, terjadi proses pencampuran dari pembanding komposisi substrat 6

terencana. Bak penampung manual ini dilengkapi dengan blade (pengaduk) membentuk slurry yang homogen.

Pengumpulan Data

Studi Literatur: Karateristik kotoran ternak sapi perah & tinja manusia, proses anaerobik, gas metan

Data Primer:

Data Sekunder:

1) Perhitungan debit tinja

1) Data Geografis Angka dan

manusia dan kotoran ternak Kec.Ngancar untuk tipikal 1, tipikal 2 dan tipikal 3.

2) Uji laboratorium COD, TSS, suhu, dan pH pada sampel dari Kec. Ngancar

Peta Kec.Ngancar

2) Literatur karateristik dan volume blackwater (orang/hari) dan kotoran ternak sapi perah (ekor/hari)

3) Instalasi biodigester yang sudah ada di Kec Ngancar

Analisa Data dan Pembahasan: Hasil Analisa Data Primer & Data Sekunder, serta Pemilihan Unit Disain untuk Kec. Ngancar

Disain Biodigester Skala Komunal Rumah Tangga: 1) Penentuan unit pelengkap biodigester: bak pengaduk, biodegeseter, saluran gas tabung sederhana purifikasi bak slurry

Kesimpulan dan Saran Gambar 7. Langkah Kerja Perencanaan

3) Digester Tipe anaerobic digester yang dipilih adalah tipe fixe-dome yang terbuat beton campuran batu bata merah. Dipilih bahan yang mudah digunakan di kawasan desa kecamatan Ngancar yang juga memiliki hasil sumber daya pasir gunung kualitas baik dan batu bata merah produksi lokal. 4) Penampung Gas Penampung gas terbuat dari plastik polyethylene. Penampung gas juga harus memiliki berat yang ringan agar gas mampu menekan ke atas sebagai tanda adanya pasokan gas tersedia. 5) Bak Penampung Residu Bak penampung residu berfungsi untuk menampung hasil sampingan dari pengolahan dalam digester. Bak penampung residu direncanakan terbuat dari batu bata merah dan plesteran semen. 6) Bak slurry pond Berfungsi sebagai penampungan substrat hasil dari biogas yang telah melalui proses anaerbik. Direncanakan terbuat dari geo-memban atau geo-tekstil (plastik kedap air). 7

Analisa dan Pembahasan Dalam analisa data dan pembahasan perencanaan, yakni: 1) Karateristik limbah domestik berupa tinja manusia dan kotoran ternak yang ada di Kecamatan Ngancar, Kabupaten Kediri 2) Penghitungan Mass Balance dengan menggunakan studi literatur pencampuran ideal untuk perencanaan biodigester tinja manusia dan kotoran ternak skala komunal rumah tangga Kecamatan Ngancar dari 2 KK, 5 KK dan 10 KK. 3) Evaluasi unit biodigester BIRU bantuan Belanda yang sudah ada di Kecamatan Ngancar 4) Pemilihan tipe biodigester dan perencanaan biodigesteryang ideal 5) Penghitungan gas metan hasil biogas dari perencanaan dengan rumus teoritis untuk kebutuhan biodigesterskala komunal rumah tangga masyarakat Kecamatan Ngancar Kesimpulan dan Saran

Penarikan kesimpulan didasarkan pada data yang telah diperoleh dan dianalisis dari hasil perencanaan yang telah dipilih. Saran diberikan setelah ditarik kesimpulan dari perencanaan yang dipilih dan evaluasi yang dilakukan pada kondisi sebelumnya. Sehingga saran ini diharapkan dapat memberi perencanaan yang lebih produktif dan menguntungkan masyarakat Kecamatan Ngancar, untuk merencanakan digester dari tinja manusia dan kotoran ternak serta jamban sederhana yang sehat. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan komposisi substrat dilakukan untuk masing-masing jumlah limbah yang dihasilkan yaitu limbah dari 2KK dan 4 ekor sapi, 5KK dan 10 ekor sapi, 10KK dan 20 ekor sapi. Perhitungan volume komposisi substrat dilakukan dengan prinsip pencampuran untuk mendapatkan karakteristik campuran substrat yang sesuai dengan kriteria proses anaerobik. COD campuran = N campuran P campuran

= =

Digester tipe I akan diisi limbah dengan komposisi 100 liter blackwater yang dihasilkan oleh 2 keluarga dicampur 84 liter kotoran sapi perah yang dihasilkan oleh 4 ekor sapi perah dihasilkan konsentrasi COD campuran adalah 9446 mg/liter. Effisiensi removal COD pada digester adalah 50%. Komposisi campuran limbah tertera pada Tabel 6. Tabel 6. Komposisi Perencanaan Substrat Kecamatan Ngancar

No. 1 2 3

Komposisi 2 KK + 4 Sapi 5 KK + 10 Sapi 10 KK + 20 Sapi

Tipe Digester Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3

Limbah yang dihasilkan (liter/hari) Kotoran Blackwater Sapi 100 84 250 210 1000 420

Komposisi Campuran (mg/liter) COD

Total N

Total P

9446,0 9446,1 6546,1

382,6 382,6 318,3

81 81 75,4

Rasio C/N 23,4 23,4 21,8

% TS 7 7 5

Sedangkan Mass balance limbah campuran ada pada Tabel 7. Perhitungan gas metan dikonversikan sebagai COD teremoval dalam digester sehingga didapatkan gas metan yang terproduksi dari proses anaerobik adalah 525 liter/hari. Angka ini kurang lebih cukup memenuhi kebutuhan energi untuk memasak rata – rata per hari yaitu 330 liter/hari selama 1 jam. Produksi biogas tiap komposisi limbah dapat dilihat pada Tabel 8. Pada proses anaerobik bukan gas metan saja yang dihasilkan, juga terdapat gas-gas lain seperti CO2, N2, H2, H2S.

8

Tabel 7. Mass Balanc Perencanaan Substrat Kecamatan Ngancar

No.

Influen (gram/liter)

Tipe Digester

Removel (gram/liter)

Effluen (gram/liter)

M COD

M Total N

M Total P

M COD

M Total N

M Total P

M COD

M Total N

M Total P

1

Tipe 1

1738,06

70,47

14,90

1390,45

21,14

0,00

347,61

49,33

14,90

2

Tipe 2

4304,73

174,36

36,90

3443,78

52,31

0,00

860,95

122,05

36,90

3

Tipe 3

6433,85

312,85

74,06

5147,08

93,86

0,00

1286,77

219,00

74,06

Tabel 8. Produksi dan Kemampuan Penggunaan per KK Asumsi Penggunaan 1Jam/hari Tipe Digester

Komposisi

Produksi Biogas (liter/hr)

Kemampuan Lama Memasak (jam/hr)

Kebutuhan Biogas (liter/hr)

Kemampuan Penggunaan (KK)

Tipe 1

2 KK + 4 Sapi

525

330

1,6

2

Tipe 2

5 KK + 10 Sapi

1127

330

3,4

3

Tipe 3

10 KK + 20 Sapi

2371

330

7,2

7

Pada tipe 2 dan tipe 3 pengangkutan kotoran ternak direncanakan menggunakan mesin vakum limbah dengan alasan pemutus rantai penyakit dari kontak langsung limbah dengan manusia, tampak pada Gambar 8. Alat ini berfungsi seperti sedot WC pada umumnya, berbentuk gerobak dorong yang bisa digunakan secara manual, berisi tangki 500 liter dan memiliki pompa bertekanan kecil.

Gambar 8. Mesin Vakum Limbah Komunal

Tabel 9.(a). Dimensi Unit Instalasi Biodigester untuk Tipe 1, Tipe 2, dan Tipe 3 Bak Pengaduk Tipe Digester

Debit Total (liter/hari)

Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3

184 460 1420

Digester

Diameter (m)

Tinggi (m)

Freeboard (m)

Diameter (m)

Tinggi (m)

Freeboard (m)

0,55 0,6 0,6

0,5 0,7 0,7

0,1 0,1 0,1

2,15 3,1 3,8

1,65 1,85 2,65

0,12 0,32 0,62

Tabel 9.(b). Dimensi Unit Instalasi Biodigester untuk Tipe 1, Tipe 2, dan Tipe 3 Bak Residu

Slurry Pond (td=2)

Tipe Digester

Debit Total (liter/hari)

Tipe 1

184

1

2

1

2

1

0,3

Tipe 2 Tipe 3

460 1420

1,2 1,6

3 3,7

1,2 1,6

2,5 3,5

1,5 2,5

0,5 0,65

Panjang (m)

Lebar (m)

Tinggi (m)

Permukaan (m)

Dasar (m)

Tinggi (m)

9

Detail dimensi unit instalansi biodigester tinja manusia dan kotoran ternak untuk setiap komposisi substrat 3 tipikal dapat dilihat pada Tabel 9.a dan Tabel 9.b. Tipikal gambar dapat dilihat pada Gambar 9 dan gambar detail bak pengaduk manual pada Gambar 10. Volume dari tangki digester direncanakan dari bis beton. Sedangkan bak kontrol blackwater dari batu bata merah. Semua bahan material dari produk sanitari lokal yang sudah menjadi wirausaha warga. Detail gambar bak blackwater ada pada detail gambar jamban tipikal, yakni Gambar11. Sedangkan detail tabung purifikasi sederhana dengan menggunakan jerigen tertera pada Gambar 12. Volume digester untuk tipe 1 berkisar 6 m3, untuk tipe 2 berkisar 14 m3, dan tipe 3 berkisar 30 m3.

Gambar 9. Contoh Denah dan Potongan A-A’ Tipikal Tipe 2, Biodigester Tinja Manusia dan Kotoran Ternak Skala Komunal Rumah Tangga di Kecamatan Ngancar, Kabupaten Kediri.

Gambar10. Detail Bak Pengaduk Manual Kotoran Ternak

10

Gambar11. Potongan A-A’ Detail Jamban Komunal dan Bak Kontrol Blackwater

Gambar12. Detail Tabung Jerigen 20 liter untuk Purifikasi Sederhana dengan Larutan Kapur

Rencana Anggaran Biaya Rencana anggaran biaya (RAB) adalah biaya yang diperkirakan untuk pembuatan alat yang direncanakan tersebut. RAB ini menggunakan nilai HSPK Kota Kediri. RAB biodigester tinja manusia dan kotoran ternak tiap desain dapat dilihat pada Tabel 10. Sedangkan total investasi per Kepala Keluarga yang dikeluarkan untuk membangun instalasi biodigester dan jamban komunal sederhana yang sehat tertera pada Tabel 11. Tabel 10. Investasi Total Instalasi Biodigester dan Jamban Sehat Komunal Investasi Biodigester

Investasi Jamban Sehat

Rp Rp Rp

Rp Rp Rp

4.165.000 11.680.000 15.490.000

757.750 1.007.000 1.587.750

Investasi Tipe 1

Investasi

Tipe 2

Investasi

Tipe 3

Rp 4.950.000 Rp 12.700.000 Rp 17.100.000

Tabel 11. Investasi per KK Jenis Tipe 1 Tipe 2 Tipe 3

Total Investasi Rp Rp Rp

4.900.000 12.700.000 17.100.000

Jumlah KK 2 5 10

Total Investasi/KK Rp 2.450.000 Rp 2.540.000 Rp 1.710.000

5. KESIMPULAN 1. Campuran limbah pada Tipe 1 berasal dari 2 KK dan 4 ekor sapi perah, Tipe 2 berasal dari 5 KK dan 10 ekor sapi perah, serta Tipe 3 berasal dari 10 KK dan 20 ekor sapi perah. Hasil analisis jumlah limbah campuran dari limbah blackwater dan kotoran ternak untuk Tipe 1 11

sejumlah 184 liter/hari, Tipe 2 sejumlah 460 liter/hari, dan Tipe 3 sejumlah 1420 liter/hari. Total olahan limbah tersebut mampu menghasilkan volume gas metan sebesar 525 liter/hari dari Tipe 1, 1299 liter/hari dari Tipe 2, 1942 liter/hari dari Tipe 3. Asumsi pemakaian per KK adalah 1 jam, maka pada Tipe 1 mampu memenuhi kebutuhan memasak 2 KK, Tipe 2 memenuhi 3 KK dan Tipe 3 memenuhi 7 KK. 2. Tipe biodigester ideal untuk kawasan pegunungan di Kecamatan Ngancar dengan tanah relief berbatuan maka tipe yang direkomendasikan, yakni berbentuk fixe-dome. Hasil perhitungan dan analisa laboratorium terdahulu maka diperoleh kapasitas biodigester terencana untuk Tipe 1 berkisar 6m3, Tipe 2 berkisar 14m3, serta Tipe 3 berkisar 30m3. Instalasi biodigester untuk terdiri dari: Bak Kontrol Blackwater, Bak Pengaduk Manual, Digester Fixe-dome, Saluran Pipa Gas, Balon Penampung Gas, Bak Residu, Slurry Pond dan Wadah Purifikasi sederhana (tabung/jerigen bekas 20 liter). 3. Investasi untuk 1 biodigester komunal skala rumah tangga dibebankan per KK sehingga lebih murah. Dan keuntungan yang dirasakan sama. Total RAB untuk pembuatan instalansi biodigester skala komunal rumah tangga beserta jamban komunal sederhana dan sehat untuk Tipe 1 berkisar Rp 4.950.000,-/2KK dengan rincian; RAB untuk pembangunan jamban komunal sederhana dan sehat Rp 757.750,- dan anggaran biaya untuk pembangunan instalansi biodigester mencapai Rp 4.165.000,-. RAB untuk Tipe 2 berkisar Rp 12.700.000,-/5KK dengan rincian; RAB untuk pembangunan jamban komunal sederhana dan sehat Rp 1.007.000,- dan anggaran biaya untuk pembangunan instalansi biodigester mencapai Rp 11.680.000,-. RAB untuk Tipe 3 berkisar Rp 17.100.000,-/10KK dengan rincian; RAB untuk pembangunan jamban komunal sederhana dan sehat Rp 1.587.750,- dan anggaran biaya untuk pembangunan instalansi biodigester mencapai Rp 15.490.000,-. Sehingga total investasi yang dibebankan per KK pada Tipe 1 berkisar Rp 2.450.000,-, Tipe 2 berkisar Rp 2.540.000,- dan Tipe 3 berkisar Rp 1.710.000,-

DAFTAR PUSTAKA Anonim1. 1980. Guidebook on Biogas Development. Energy Resources Development Series No. 21. United Nations: Economic and Social Commission for Asia and The Pacific.Bangkok. Thailand. Anonim2. 1984. Updated Guidebook on Biogas Development. Energy Resources Development Series 1984, No. 27, United Nations, New York, USA. Anonim3. 1989. The Biogas Technology in China. Chengdu Biogas Research Institute, Chengdu, China. APHA, AWWA, QPCF. 1980. Standard Methods for The Examination of Water and Waswater. 15 th ed. Washington. Conant, J. and Fadem, P. 2008. A Community Guide to Environmental Health. Hesperian Foundation Addison Street 304, California, USA Esrey, dkk. 1998. Ecologikal Sanitation. 1st ed. Sida: Stockholm,Sweden. Fujita. 1989. Wastewater Treatment. Fujita Foundation Research. California, USA. Hills, D.J., 1979. Effects of Carbon:Nitrogen Ratio on Anaerobic Digestion of Dairy Manure, Agricultural Wastes 0141-4607/79/0001-0267. Applied Science Publishers Ltd,England. Jan Lam. 2005. Evaluation Study for Biogas Plant Designs. Final Report of SNV(Netherlands Development Organization) Cambodia. Marchaim, U. 1992. Biogas Processes for Sustainable Development. Food and Agriculture Organization of the United Nations, Viale delle Terme di Caracalla, 00100 Rome, Italy. Maurer M, Pronk W, Larsen TA. 2007. Review Processes for Source-Separated Urine Water Research. 40 (2006): 3151-3166. Metcalf dan Eddy Inc., 2003, Wastewater Engineering: Treatment Disposal Reuse. 4th Edition, Mc Graw-Hill Publishing Company Ltd.

12

Narain, S. 2002. The Flush Toilet Is Ecologically Mindless. Down to Erath vol 10, no. 19, Feb.New Delhi. Nienhuys, S. 2008. Zlurb Zero Leakage Urban Biogas Reactor. Renewable Energy Advisor Hilversum, The Netherlands Oman. 2003. Kandungan Nitrogen (N) Pupuk Organik Cair dari Hasil Penambahan Urine pada Limbah Instalasi Gas Bio dengan Masukan Fases Sapi. Skripsi. Program Studi Teknologi Hasil Ternak, Jurusan Ilmu Produksi Ternak. Fakultas Peternakan. Institut Pertanian Bogor. Polprasert, C., 1989, Organic Waste Recycling 2nd edition, Environmental Engineering Div. Asian Institute of Technology Bangkok, Thailand. Price, E.C. dan Cheremisinoff, P.N. 1981. Biogas Production & Utilization. Ann Arbor Science Publisher Inc.,USA. Richard, G. F, dkk. 1980. Appropriate for Water Supply and Sanitation, Transportation. Water and Telecomunication Department of The World Bank. Rofiqoh, Y.L, .2010. Studi Potensi Urin Manusia Hasil Composting Toilet dalam Sistem Ecological Sanitation Studi Kasus Pusdokota-Ubaya Surabaya. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS. Surendra, K. 22007. Use of Human Urine Fertilizer in Culturation of Cabbage-Impact on Chemical, Microbial, and Flavor Quality. Jurnal of Agricultural Food Chemistry. 2007. 55 (21) Pp 8657-8663. Soedjono, E. S., Wibowo, T., Saraswati, S. S., dan Keetelaar, C., 2010, Buku Referensi Opsi Sistem dan Teknologi Sanitasi, TTPS. Tchobanoglous, G., Theissen, H., dan Vigil, S., 1993, Integrated Solid Waste Management. McGrawHill Inc., Singapore. Triatmojo, B. 1995. Hidraulika II. Yogyakarta: Beta Offset. Wahyuni M.P., Sri. 2008. Analisa Kelayakan Pengembangan Biogas sebagai Energi Alternatif Berbasis Individu dan Kelompok Peternak. Thesis. Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Wahyuni M.P., Sri., 2010, Biogas, Penebar Swadaya, Jakarta. Widodo, T.W. and Nurhasanah, A. 2004. Kajian Teknis Teknologi Biogas dan Potensi Pengembangannya di Indonesia. Prosiding Seminar Nasional Mekanisasi Pertanian. Bogor, 5 Agustus 2004. Wijayanti, H. 1993. Pengaruh pH, Alkalinitas dan Nutrient Terhadap Produksi Gas Methan Pada Pengolahan Limbah Industri Alkohol secara Anaerobik Dengan dan Tanpa Pengadukan. Jurusan Teknik Lingkungan-ITS, Surabaya. Yadvika, Santosh, Sreekrishnan, T. R., Kohli, S., dan Rana, V., 2004, Enhancement of Biogas Production From Solid Substrates Using Different Techniques––A Review, Biosource Technology Volume 95.

13