POTENSI LUMPUR TINJA MANUSIA SEBAGAI PENGHASIL BIOGAS HUMAN MANURE POTENTIAL AS BIOGAS PRODUCER Putut Sambang El Haq dan Eddy S. Soedjono Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi tinja manusia sabagai penghasil biogas. Tinja berasal dari PUSDAKOTA, Rungkut Surabaya yang telah menerapkan sistem ecosan pada toiletnya yang berupa separated toilet. Variasi yang digunakan adalah variasi reaktor dan variasi pengadukan. Reaktor yang digunakan adalah reaktor tipe dome dan tipe float. Sedangkan variasi pengadukan dilakukan 1 kali sehari dan 2 kali sehari. Masing – masing reaktor berisi 1 liter sampel. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa reaktor tipe dome memproduksi biogas lebih besar dari pada reaktor tipe float. Reaktor dengan satu kali pengadukan pada tipe dome menghasilkan volume biogas lebih besar daripada tanpa pengadukan dan dua kali pengadukan yaitu sebesar 45,72 L/kg. Reaktor tipe float dengan 2 kali pengadukan yang memiliki volume biogas terbesar. Volume biogas terbesar terjadi pada reaktor tipe dome dengan 1 kali pengadukan per hari yaitu sebesar 45,72 L/kg. Penelitian ini juga menunjukkan bahwa reaktor dengan 2 kali pengadukan menghasilkan biogas lebih cepat. Kata kunci : Ecosan, tinja, biogas,anaerobik digester Abstrac This research’s, purpose is to understand human manure potention as source of biogas. Humane manure is gotten PUSDAKOTA Rungkut Surabaya, who has applied ecosan system to the toilets, which is separated toilets. The variation used are reactor variation and stirred variation. The reactor use are dome type reactor and float type reactor. The stirred variation are applied once and twice a day. Each of the reactor contain 1 liter of sample. The result of this research show that the dome type reactor produces greater diogas rather than float type reactor. The once stirred reactor in dome type produces a greater volume of biogas rather than unstirred reactor and twice stirred reactor, that is 116 ml. The float type reactor which is stirred twice has the greatest volume of biogas. But the dome type reactor which is stirred once a day has the gretest volume of biogas, that is 116 ml. This research also so that the twice stirred reactor faster produces biogas. Key words : Ecosan, human manure, biogas, anaerobic digester
1. 1.1
PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia adalah sebuah negara besar yang memiliki jumlah penduduk yang besar pula. Penduduk Indonesia pada tahun 2005 berjumlah 218 juta jiwa dan diproyeksikan pada tahun 2010 berjumlah 232 juta jiwa (BPS, 2009). Dari banyaknya jumlah penduduk tersebut ternyata tidak didukung fasilitas sanitasi yang memadai. 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. Berarti sebagian besar masyarakat Indonesia membuang kotorannya langsung ke alam tanpa ada alat untuk mengurangi kandungan toksik yang ada pada kotoran tersebut. Keluarnya Peraturan Presiden Republik Indonesia No. 5 Tahun 2006 tentang kebijakan energi nasional untuk mengembangkan sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak (BBM) untuk menyelesaikan masalah krisis energi yang terjadi di Indonesia. Salah satu energi alternatif yang efisien adalah biogas. Menurut Nagamani dan Ramasamy, 1999, tinja manusia dapat menghasilkan 28 L/kg biogas. Dengan 1 m3 biogas kita dapat menyalakan lampu 60-100 Watt selama 6 jam, 3 kali memasak untuk 5-6 orang, serta setara dengan listrik sebesar 1,25 kWh (Gladstone, 2006).
1
Saat ini ada sistem sanitasi baru yang disebut Ecological Sanitation (EcoSan). Sistem ini pada dasarnya adalah menutup semua rantai nutrien sehingga tidak mencemari lingkungan. Buangan manusia yang mengandung nutrien diolah onsite sehingga terbebas dari bakteri patogen dan dapat digunakan untuk keperluan pertanian (Drangert, 2000). Salah satu penerapan Ecosan adalah dengan menggunakan separated toilet. Separated toilet berupa toilet yang memiliki dua saluran yaitu saluran untuk tinja dan saluran untuk urin manusia. Urin manusia mengandung beberapa nutrien (N, P, K) dan dapat digunakan kembali sebagai penyubur tanaman. Sedangkan tinja manusia yang mengandung kadar organik tinggi dapat dimanfaatkan sebagai penghasil biogas atau sebagai soil conditioner. Sistem ini diharapkan bisa membantu masyarakat Indonesia untuk mengolah air buangan mereka. 1.2
Perumusan Masalah Dari latar belakang di atas dapat dirumuskan beberapa permasalahan sebagai berikut: 1 Bagaimanakan potensi reaktor biogas tipe dome ataupun float dalam menghasilkan biogas dengan bahan baku tinja manusia hasil dari separated toilet? 2 Bagaimanakah pengaruh pengadukan pada potensi tinja manusia sebagai penghasil biogas?
1.3
Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah: 1 Mengkaji potensi tinja manusia hasil dari sistem ekologi sanitasi (ecosan) sebagai penghasil biogas. 2 Mendapatkan volume biogas optimal dari variasi jenis reaktor dan pengadukan.
1.4
Teori Ecological Sanitation atau biasa disebut ecosan atau eco-san merupakan suatu alternatif baru dalam sistem sanitasi dimana ekskreta manusia direcycle dengan tujuan mengembalikan nutrien ke lingkungan pada sistem yang produktif (UNDP). Ecosan merupakan implementasi dasar dari penggunaan kembali dan recycle dari nutrien dan air sebagai salah satu alternatif holistik solusi sanitasi konvensional dalam keadaan hygienically safe, dengan siklus tertutup (closed-loop) (IWA, 2003). Sistem sanitasi konvesional salah menempatkan nutrisi dari ekskresi manusia dengan membuangnya dan memutuskan siklus alami yang telah terbentuk sebelumnya (Esrey et al, 1998). Hal ini sangat disayangkan karena ekskresi manusia dan hewan – hewan lain memiliki peranan penting dalam membangun kondisi tanah yang sehat serta memberikan nutrisi kepada tanaman. Sedangkan pada sistem Ecosan, siklus nutrien ditutup dengan mengembalikan nutrien kembali ke tanah sebagai zat yang akan mendukung tanah menyuplai nutrien untuk tanaman (Narain, 2002). Ekskreta diproses dengan sistem onsite hingga terbebas dari organisme patogen. Ekskreta hasil daur ulang ini dapat dipergunakan untuk berbagai keperluan pertanian. (Prihandrijanti, 2004). Tinja berasal dari sisa metabolisme tubuh manusia yang harus dikeluarkan agar tidak meracuni tubuh. Keluaran berupa feses bersama urin biasanya dibuang ke dalam tangki septik. Lumpur tinja/night soil yang telah memenuhi tangki septik dapat dibawa ke Instalasi Pengolahan Lumpur Tinja. Komposisi dan volume lumpur tangki septik tergantung dari faktor diet, iklim dan kesehatan manusia (Richard dkk, 1989). Komposisi tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2. Tabel 1 Komposisi Tinja Manusia No Parameter 1 Berat basah/orang /hari 2 Berat kering/orang/hari Sumber: Richard dkk, 1980
Berat 100-400 gram 30-60 gram
2
Tabel 2 Komposisi dalam persen berat kering No Parameter 1 Bahan organik 2 Karbon 3 Nitrogen 4 Phospor Sumber: Richard dkk, 1980
Persentase 88%-97% 44%-55% 5%-7% 3%-5,4%
Biogas adalah suatu campuran gas-gas yang dihasilkan dari suatu proses fermentasi bahan organik oleh bakteri dalam keadaan tanpa oksigen atau anaerobik (Sahidu, 1983). Biogas adalah gas yang dapat terbakar dari hasil fermentasi bahan organik yang berasal dari daun-daunan, kotoran hewan/manusia, dan lain-lain limbah organik yang berasal dari buangan industri oleh bakteri anaerob (Wijayanti, 1993). Biogas adalah bahan bakar berguna yang dapat diperoleh dengan memproses limbah (sisa) pertanian yang basah, kotoran hewan dan manusia atau campurannya, di dalam alat yang dinamakan penghasil biogas (Harahap dkk, 1980). Menurut Polprasert (1985), kandungan biogas tergantung dari beberapa faktor seperti komposisi limbah yang dipakai sebagai bahan baku, beban organik dari digester, dan waktu serta temperatur dari penguraian secara anaerobik. Walaupun terdapat variasi dalam kandungan biogas, dapat diperkirakan bahwa kandungan biogas berkisar pada nilai-nilai di bawah ini: • Metana (CH4) = (55-65)% • Karbondioksida (CO2) = (35-45)% • Nitrogen (N2) = (0-3)% • Hidrogen (H2) = (0-1)% • Hidrogen Sulfida (H2S) = (0-1)% Menurut Polprasert (1989), kondisi lingkungan yang mempengaruhi produksi biogas, antara lain: 1. Suhu Suhu berpengaruh pada kecepatan pembentukan gas. Suhu yang harus dipertimbangkan dalam pembentukan gas metana adalah kondisi mesofilik (25-40) °C dan kondisi termofilik (50-65) °C. 2. Nilai pH Nilai pH optimal untuk biogas berkisar antara 7-7,2. Selama proses berlangsung akan terjadi penurunan pH menjadi kurang lebih 4,5 yang dapat menyebabkan terhentinya proses pembentukan gas metana dari hidrogen dan karbondioksida, sehingga perlu penambahan basa/kapur. Pada tahap awal fermentasi akan terbentuk asam sehingga pH turun oleh sebab itu perlu ditambahkan larutan kapur (CaOH2) atau kapur (CaCO3). 3. Kadar air Dekomposisi bahan organik oleh mikroorganisme tergantung kadar air. Kelembaban (36-99)% akan menaikkan produksi gas 67%. Kenaikan tersebut dicatat pada rentang kelembaban (60-78)% dan cenderung sama pada kelembaban yang lebih tinggi. Sisa kelembaban dapat menghambat aktivitas methanogen. 4. C/N Bahan baku berbentuk selulosa mudah dicerna oleh bakteri anaerob. Bila mengandung zat kayu (lignin) pencernaan menjadi sukar. Menurut Gunnerson dan Stuckey (1986), kandungan sellulosa pada enceng gondok sedikit rendah dari serat kasar. Rasio C/N yang terlalu tinggi menyebabkan kecepatan perombakan meningkat dan menghasilkan lumpur dengan kandungan nitrogen yang sangat tinggi. Sedangkan apabila rasio C/N
3
cukup rendah maka menghasilkan banyak nitrogen yang akan berubah menjadi amoniak dan meracuni bakteri. Menurut Hansen, keadaan optimal rasio C/N untuk biogas adalah sama dengan proses dekomposisi untuk pengomposan yaitu 25-35. Berdasar penelitian yang dilakukan oleh Nurzainah, rasio C/N yang optimum adalah 25-30. 5. Nutrien/inokulum Beberapa organisme yang berada di dalam digester juga ditemukan ada di kotoran manusia dan hewan. Kecepatan pertumbuhan dari gas akan cepat dengan menambahkan lumpur yang mengandung bakteri tersebut. 6. Pengadukan Pengadukan membuat kondisi menjadi bagus bagi pertumbuhan mikroorganisme karena dengan pengadukan lebih memungkinkan terjadinya kontak antara mikroorganisme dengan penyediaan makanan, sehingga produksi biogas terus meningkat (Polprasert, 1989). Pengadukan ini dilakukan guna mencegah terbentuknya lapisan kerak di permukaan. Pada umumnya penguraian bahan-bahan organik menjadi biogas dibagi menjadi 4 tahap, yaitu: 1. Tahap Hidrolisa Grup mikroorganisme hidrolytic mengurai senyawa organik kompleks menjadi molekulmolekul sederhana, dengan rantai pendek termasuk glukosa, asam amino, asam organik, ethanol, karbondioksida dan hidrokarbon yang dimanfaatkan sebagai sumber karbon dan energi bagi bakteri yang melakukan fermentasi. Proses hidrolisis dikatalis oleh enzim yang dikeluarkan oleh bakteri seperti selullase, protase, dan lipase. Rumus kimia untuk bahan organik adalah C6 H10O4 (Themelis and Verma, 2004 dalam Ostream 2004). Reaksi yang terjadi selama proses hidrolisis dimana bahan organik dipecah menjadi molekul gula sederhana dapat dilihat pada reaksi 1 berikut (Ostream, 2004) : C6H10O4 + 2H2 O
C6H12O6 + 2H2
(1)
2. Tahap Acidogenesis Tahap hidrolisis segera dilanjutkan oleh pembentukan asam pada proses acidogenesis. Pada proses ini, bakteri acidogenesis mengubah hasil dari tahap hidrolisis menjadi bahan organik sederhana (kebanyakan dari rantai pendek, keton, dan alkohol). 3. Tahap Acetogenis (Tahap Pembentukan Asam) Pada tahap ini terjadi pembentukan senyawa asetat, CO2 dan hidrogen dari molekul-molekul sederhana yang tersedia oleh bakteri aceton penghasil hidrogen. Tetapi pertumbuhan mikroorganisme ini justru akan terhambat jika terjadi akumulasi hidrogen. 4. Tahap Methanogenesis (Tahap Pembentukan Methan) Pada tahap ini terjadi pembentukan gas methan dari senyawa asetat, ataupun hidrogen dan CO2 oleh bakteri methanogen. Bakteri methanogen adalah bakteri anaerob yang pertumbuhannya lebih lambat dari pada bakteri yang ada pada tahap satu dan dua. Bakteri ini sangat tergantung pada bakteri lainnya pada tahap sebelumya untuk menghasilkan nutrien dalam bentuk yang sesuai. Fungsi dari bakteri methanogen antara lain mengurangi akumulasi hidrogen seminimal mungkin di dalam medium dengan jalan menggunakan hidrogen untuk mereduksi CO2 menjadi produk yang inert (gas yang tidak dapat bereaksi secara kimia dengan benda lain) yaitu CH4. Proses ini dilakukan oleh bakteri methanogen pengguna hidrogen. Reaksi yang terjadi pada tahap methagenesis (Polprasert, 1989) adalah pada reaksi 2 berikut ini : CH3COO- + H2O (asetat)
CH4 + HCO3-
(2)
4
Reaktor biogas merupakan alat yang kedap udara dengan bagian – bagian pokok terdiri atas pencerna (digester), inlet bahan penghasil biogas dan outlet lumpur sisa hasil pencernaan (slurry) dan pipa penyalur biogas yang telah terbentuk. Ada dua jenis digester yang biasa digunakan dilihat dari sisi konstruksinya, yaitu fixed dome dan floating drum (Indartono,2005). Digester fixed dome mewakili konstruksi reaktor yang memiliki volume tetap sehingga produksi biogas akan meningkatkan tekanan di dalam reaktor (Indartono,2005). Biaya yang dikeluarkan sebagai operasional digester fixed dome ini dapat dikatakan rendah, karena digester dengan tipe seperti ini berupa bangunan permanen tidak berkarat dan dapat bertahan sampai 20 tahun. Bangunan ini biasanya terletak di bawah tanah, sehingga dapat terhindar dari kerusakan fisik. Selain itu proses pembentukan biogas yang terjadi di dalam tanah dapat terhindar dari suhu rendah pada malam hari, sedangkan pada siang hari sinar matahari dapat meningkatkan proses pembentukan biogas. Digester fixed dome terdiri dari bagian pencerna yang berbentuk kubah tertutup. Di dalam digester terdapat ruang penampung gas dan removal tank. Biogas yang telah terbentuk disimpan dalam penampung gas, sedangkan kotoran yang akan digunakan untuk memproduksi biogas dialirkan menuju removal tank. Tekanan gas di dalam digester akan meningkat seiring dengan meningkatnya volume gas di dalam penampung gas. Bentuk fixed dome reactor akan ditunjukkan pada Gambar 1 berikut.
. Gambar 1 Fixed dome reactor (Nancy, 2006)
Kelebihan dari reaktor ini adalah : • Biaya perawatan murah. • Umur reaktor lama. • Lebih stabil dan tidak mudah berkarat. • Menghemat tempat karena dibangun dalam tanah sehingga suhu dalam reaktor lebih stabil. Kekurangan dari reaktor ini adalah : • Bila terjadi sedikit kebocoran pada reaktor akan mengakibatkan kehilangan gas yang cukup besar sehingga dibutuhkan pembuat reaktor yang telah terlatih. • Tekanan gas berfluktuasi tergantung dari gas yang dihasilkan. • Suhu dalam reaktor relatif dingin. Pada floating drum terdapat bagian pada konstruksi reaktor yang bisa bergerak untuk menyesuaikan dengan kenaikan tekanan reaktor. Pergerakan bagian reaktor tersebut menjadi tanda telah dimulainya produksi gas di dalam reaktor biogas (Indartono, 2005). Floating drum terdiri dari bagian pencerna yang berbentuk kubah atau silinder yang dapat bergerak, penahan gas atau drum. Pergerakan penahan gas dipengaruhi oleh proses fermentasi dan pembentukan gas. Bagian drum sebagai tempat penampung atau penyimpan gas yang terbentuk mempunyai rangka pengarah agar
5
pergerakan drum stabil. Apabila digester sedang memproduksi biogas drum akan terangkat. Jika biogas sedang dikonsumsi, drum akan turun. Bahan yang digunakan untuk drum adalah baja. Lembaran baja yang digunakan untuk kedua sisi drum berukuran 2,5 mm, sedangkan untuk bagian atas drum berukuran 2 mm. Drum harus dijaga agar tidak berkarat. Untuk mencegah drum berkarat dapat digunakan cat minyak, cat sintetik maupun aspal. Produksi gas dapat meningkat apabila drum dicat dengan warna merah karena suhu dalam tangki pencerna akan meningkat ketika terkena sinar matahari. Bagian atas drum sebaiknya dibuat miring. Hal ini dimaksudkan untuk mencegah air hujan masuk ke dalam drum, sehingga drum dapat mengalami korosi atau berkarat. Bentuk floated drum reactor akan ditunjukkan pada Gambar 2 berikut.
Gambar 2 Floated drum reactor (Nancy, 2006)
Digester tipe floating drum tidak selalu menggunakan bahan dari baja. Bahan lain yang dapat digunakan untuk reaktor ini adalah plastik polyethilen. Biaya yang harus dikeluarkan untuk membuat digester dengan bahan polyethilen lebih besar daripada menggunakan bahan baja. Kelebihan dari reaktor ini adalah : • Mudah dipahami dan dioperasikan. • Volume gas yang terbentuk dapat dilihat dengan mudah. • Tekanan gas yang dihasilkan relatif konstan. • Pembuatannya mudah dan bila ada sedikit kesalahan dalam pembuatannya tidak terlalu menyebakan masalah yang besar dalam pengoperasiannya. Kekurangan dari reaktor ini adalah : • Korosi pada drum. • Biaya perawatn cukup mahal. • Umur reaktor lebih pendek daripada fixed dome. 2.
METODOLOGI Penelitian ini menggunakan variabel reaktor yaitu dome reactor dan float rector dan variabel pengadukan yaitu pengadukan satu kali sehari dan dua kali sehari serta reaktor tanpa pengadukan menjadi kontrolnya. Kedua reaktor ini mendapatkan perlakuan yang sama dan dalam sistem batch. Untuk menjaga kualitas data dari tiap rektor maka semua reaktor dilakukan duplikasi. Kemudian dianalisa kandungan COD, TS, VS, pH, suhu, serta hasil produksi biogas pada tiap rektor. 3.
HASIL dan PEMBAHASAN Tinja dalam penelitian kali ini berasal dari separated toilet yang berada di PUSDAKOTA, Rungkut Surabaya. Tinja yang dimaksud disini adalah tinja yang telah mengalami penggelontoran air dan terpisah dari urin. Tinja diambil setelah dikumpulkan selama tiga hari. Hal ini dilakukan karena minimnya pengguna separated toilet untuk buang air besar sehingga diperlukan selama 3 hari untuk memenuhi jumlah yang diinginkan. Selanjutnya dilakukan penelitian awal untuk 6
mengetahui karakteristik tinja tersebut. Berikut akan ditampilkan Tabel 3 untuk mengetahui karakteristik dari tinja. Tabel 3 Karakteristik awal sampel tinja Parameter Nilai pH Suhu %N COD %C C/N VS TS Sumber : Hasil Penelitian 2009
Nilai 7,3 26°C 6 12.080 mg/L 47,32 7,9 4,222 g/L 4,957 g/L
Berdasarkan hasil penelitian karakteristik awal pada Tabel 3 dapat diketahui bahwa : • Nilai pH 7,3 atau dapat dikatakan netral dan nilai ini termasuk dalam range nilai pH optimum dalam pembentukan biogas (Wijayanti, 1993). • Nilai C/N sampel berada di bawah nilai optimum pembentukan biogas yang berkisar 25-30 (Nurzainah, 2007). Pada seluruh reaktor mempunyai kecenderungan pola perubahan nilai pH yang sama. Pada awal sampai minggu ke 2 nilai pH pada semua reaktor mengalami penurunan. Hal ini menunjukkan bahwa sedang terjadi proses asidifikasi dalam proses dekomposisi bahan organik. Proses dekomposisi terhadap bahan – bahan organik menjadi bentuk- bentuk yang lebih sederhana berupa asam asetat, karbondioksida dan hidrogen. Ketiga bahan tersebut akan digunakan oleh bakteri metana untuk menghasilkan metana dalam proses metanogenesis. Terbentuknya asam organik menjadikan pH dalam reaktor menurun, namun pada waktu yang bersamaan terbentuk buffer alkali yang dapat menetralisir pH sehingga pH berangsur- angsur naik (Gumbira,1987). Grafik perubahan pH akan ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4 berikut. Nilai pH dome reactor 7.9
nilai pH
7.7 7.5
E
7.3
F
7.1
G
6.9 6.7 6.5 0
1
2
3
4
5
6
7
minggu ke
Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
Gambar 3 Grafik perubahan nilai pH dome reactor E = Dome Reactor tanpa pengadukan F = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari G = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
7
Nilai pH Float reactor
nilai pH
7.9 7.7
C1
7.5
C2
7.3
C3
7.1
D1
6.9
D2
6.7
D3
6.5 0
1
2
3
4
5
6
7
minggu ke
Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
Gambar 4 Grafik perubahan nilai pH float reactor C1 = Float Reactor tanpa pengadukan C2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari C3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari D1 = Float Reactor tanpa pengadukan D2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari D3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
Temperatur dalam tiap reaktor berada pada kisaran 25 – 30 °C. Suhu dalam reaktor cenderung mengalami fluktuasi dan cenderung naik dan relatif konstan pada akhir proses. Fluktuasi ini disebabkan karena pada proses dekomposisi bahan organik menghasilkan air yang dapat menurunkan suhu. Sedangkan kenaikan suhu disebakan karena proses dekomposisi bahan organik bersifat eksoterm. Sehingga bila suhu meningkat maka telah terjadi proses dekomposisi bahan organik. Penguraian bahan organik akan menghasilkan gas metana, CO2, sejumlah trace gas, dan panas (George dkk, 1993). Pada akhir proses suhu relatif konstan karena tidak ada lagi aktifitas bakteri dalam mendekomposisi bahan organik. Suhu paling tinggi terjadi pada reaktor B2 di hari ke 36 – 38 dengan menghasilkan biogas sebesar 8 ml. Suhu terendah terjadi pada reaktor C3 dan D1 pada hari ke 2 – 5 dengan menghasilkan biogas sebesar 0 ml. Hal ini menunjukkan bahwa suhu dalam reaktor dapat mempengaruhi terbentuknya biogas, semakin mendekati optimum (35 – 37°C) biogas yang terbentuk semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa pada reaktor tersebut kemampuan bakteri dalam menguraikan bahan organik cukup baik. Pada reaktor yang mengalami pengadukan satu kali sehari mempunyai suhu yang lebih tinggi daripada reaktor yang lain. Hal ini disebabkan karena terjadi pendistribusian nutrien yang lebih merata sehingga bakteri lebih optimal dalam mengurai bahan organik. Pengadukan juga menyebabkan distribusi nutrien menjadi lebih merata (Polprasert, 1989). Secara keseluruhan kondisi suhu pada proses anaerobik tidak mengakibatkan perubahan suhu yang signifikan. Suhu pada percobaan kali ini berada pada kondisi mesofilik dan stabil pada kisaran (25 – 30) °C. Hal ini kemungkinan terjadi karena : • Dalam proses dekomposisi bahan organik pada kondisi anaerobik, mikroorganisme menghasilkan energi yang berupa panas sehingga suhu dalam reaktor meningkat. • Dalam proses dekomposisi juga menghasilkan air sehingga kelembaban tetap terjaga. Hal ini yang membuat kondisi suhu dalam reaktor relatif stabil.
8
Nilai COD dome reactor
nilai C OD
13000 12000 E
11000
F
10000
G
9000 8000 0
1
2
3
4
5
6
minggu ke
Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
Gambar 5 Grafik perubahan COD Dome Reactor E = Dome Reactor tanpa pengadukan F = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari G = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari Nilai COD float reactor
nilai COD
13000 12000
C1
11000
C2 C3
10000
D1
9000
D2
8000
D3
0
1
2
3
4
5
6
minggu ke
Ket :
Sumber : Hasil Penelitian 2009 Gambar 6 Grafik perubahan COD Float Reactor C1 = Float Reactor tanpa pengadukan C2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari C3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari D1 = Float Reactor tanpa pengadukan D2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari D3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
Pada Gambar 5 dan 6 ditunjukkan bahwa % removal COD terbesar terjadi pada Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari sebesar 23,75%. Sedangkan yang terkecil terjadi pada Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari sebesar 16,48%. Sedangkan rata – rata removal COD dari semua reaktor adalah 19,22%. Penurunan COD pada reaktor dengan 1 kali pengadukan relatif lebih besar dari pada reaktor yang lain karena dengan pengadukan membuat kemungkinan terjadinya kontak antara mikroorganisme dengan nutrient menjadi lebih besar (Polprasert, 1989). Sedangkan pada reaktor dengan 2 kali pengadukan penurunan COD relatif lebih kecil. Hal ini mungkin disebabkan pengadukan terlalu cepat sehingga merusak mikroorganisme yang bersimbiosis pada saat pembentukan metana (Hadi, 1981).
Gambar 7 Grafik perubahan TS pada tiap reaktor
Sumber : Hasil Penelitian 2009
9
Ket :
A1 = Dome Reactor tanpa pengadukan A2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari A3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari B1 = Dome Reactor tanpa pengadukan B2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari B3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari C1 = Float Reactor tanpa pengadukan C2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari C3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari D1 = Float Reactor tanpa pengadukan D2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari D3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
Pada Gambar 7 terlihat bahwa terjadi penurunan TS pada semua reaktor. Rata – rata penurunan sebesar 51,66 %. Penurunan terbesar terjadi pada reaktor B3 (Dome Reactor dengan 2 kali pengadukan) sebesar 57,39%. Sedangkan penurunan terkecil terjadi pada reaktor C3 (Float Reactor dengan 2 kali pengadukan) sebesar 41,74%. Semakin besarnya penurunan nilai TS menunjukkan proses degradasi yang semakin besar terjadi pada reaktor.
Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
Gambar 8 Grafik Perubahan VS pada tiap reaktor A1 = Dome Reactor tanpa pengadukan A2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari A3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari B1 = Dome Reactor tanpa pengadukan B2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari B3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari C1 = Float Reactor tanpa pengadukan C2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari C3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari D1 = Float Reactor tanpa pengadukan D2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari D3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
Gambar 8 terlihat bahwa terjadi penurunan VS pada semua reaktor. Rata – rata penurunan sebesar 64,11 %. Penurunan terbesar terjadi pada reaktor B3 (Dome Reactor dengan 2 kali pengadukan) sebesar 68,83%. Sedangkan penurunan terkecil terjadi pada reaktor C3 (Float Reactor dengan 2 kali pengadukan) sebesar 59,45%. Semakin besarnya penurunan nilai VS menunjukkan proses degradasi yang semakin besar terjadi pada reaktor.
10
Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
Gambar 9 Grafik volume gas yang dihasilkan per hari (komulatif) pada Dome Reactor A1 = Dome Reactor tanpa pengadukan A2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari A3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari B1 = Dome Reactor tanpa pengadukan B2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari B3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari Volume gas reaktor float (komulatif) 140 volume gasml
120 C1
100 80
C2
60
C3
40
D1
20
D2 D3
0 1
3
5
7
9
11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 hari ke
Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
Gambar 10 Grafik volume gas yang dihasilkan per hari (komulatif) pada Float Reactor C1 = Float Reactor tanpa pengadukan C2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari C3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari D1 = Float Reactor tanpa pengadukan D2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari D3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
Dari Gambar 9 dan 10 dapat diketahui bahwa pada kedua tipe reaktor, reaktor dengan 2 kali pengadukan mengahsilkan biogas lebih cepat dari pada yang lain yaitu pada hari ke-15 baik untuk Dome Reactor ataupun float reactor. Hal ini menunjukkan bahwa pengadukan menyebabkan proses berjalan lebih cepat dimana kontak antara substrat dengan mikroorganisme menjadi lebih efektif. Pengadukan juga menyebabkan pendistribusian nutrient jadi lebih merata (Polprasert, 1989). Pengadukan juga akan menghambat terbentuknya kerak pada lapisan atas sehingga gas yang terbentuk tidak terhalang oleh kerak tersebut. Gambar 9 dan 10 juga menunjukkan bahwa Dome Reactor lebih banyak menghasilkan biogas daripada Float Reactor. Hal ini mungkin disebabkan lebih terjaganya kondisi reaktor sehingga membuat mikroorganisme lebih mudah untuk beradaptasi. Dome Reactor dengan 1 kali pengadukan juga menghasilkan gas paling banyak sebesar 116 ml. Hal ini menunjukkan bahwa pengadukan yang cukup memiliki pengaruh dalam proses anaerobik sehingga dapat menghasilkan biogas yang lebih banyak. Pengadukan membuat kondisi lebih bagus bagi pertumbuhan mikroorganisme karena dengan pengadukan lebih memungkinkan terjadinya kontak antara mikroorganisme dengan nutrient (Polprasert, 1989). Dari data nilai TS yang terremoval (gambar 7) dan produksi biogas (Gambar 9 dan 10), maka selanjutnya dapat dihitung produksi biogas per kg TS. Perhitungan ini menunjukkan sejauh
11
mana bahan organik yang terukur sebagai TS terkonversi menjadi biogas. Produksi biogas per kg TS dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Produksi Biogas per kg TS Reaktor L / kg TS 29.39 A1 45.72 A2 31.17 A3 29.76 B1 34.84 B2 30.93 B3 20.23 C1 20.13 C2 25.13 C3 18.21 D1 21.19 D2 24.05 D3 Sumber : Hasil Penelitian 2009
Ket :
A1 = Dome Reactor tanpa pengadukan A2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari A3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari B1 = Dome Reactor tanpa pengadukan B2 = Dome Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari B3 = Dome Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari C1 = Float Reactor tanpa pengadukan C2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari C3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari D1 = Float Reactor tanpa pengadukan D2 = Float Reactor dengan pengadukan 1 kali sehari D3 = Float Reactor dengan pengadukan 2 kali sehari
Dari Tabel 4 di atas dapat diketahui bahwa produksi biogas per kg TS antar reaktor tidak jauh berbeda. Tetapi Dome Reactor memiliki nilai yang lebih besar dari pada Float Reactor, hal ini disebabkan oleh hasil produksi biogas Dome Reactor lebih besar dari pada Float Reactor. Hasil produksi biogas dari dome reactor sebesar 45,72 L/kg dan float reactor sebesar 25,13 L/kg jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan teoritis yang bisa menghasilkan 380 L/kg (Polprasert, 1989). 4. 1.
2. 3. 4.
KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain: Hasil produksi biogas dari tinja manusia kurang berpotensi, bila menggunakan dome reactor menghasilkan biogas sebesar 45,72 L/kg dan float reactor menghasilkan biogas sebesar 25,13 L/kg. Ini jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan teoritis yang bisa menghasilkan 380 L/kg (Polprasert, 1989). Volume biogas optimal terjadi pada dome reaktor dengan 1 kali pengadukan, dengan produksi biogas sebesar 45,72 L/kg TS. Waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan biogas cukup lama, yaitu sekitar 15-20 hari. Biogas yang dihasilkan masih terlalu sedikit.
12
5.
DAFTAR PUSTAKA
Esrey, A. S., et al. 1998. Ecological Sanitation. 1st ed. Sida: Stockholm, Sweden Ginting, N. 2007. Teknologi Pengolahan Limbah Ternak. Departemen Peternakan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara. Medan. Gladstone, N. 2006. Biogas. http://www.paceproject.net Gumbira, E. 1987. Penerapan Teknologi Fermentasi. PT. Mediyatama Sarana Perkasa. Jakarta. Hadi, N. 1981. Teknologi Gas Bio dan Peralatannya. Proyek Laboratorium PST PPTMGB “LEMIGAS”. Cepu Harahap, F., Apandi, M., Ginting, S. 1980. Teknologi Gas Bio. Pusat Teknologi Pembangunan Institut Teknologi Bandung. Bandung. Hansen, C. 2007. Rethinking The Direct Use of Biogas Effluent As a Fertilizer. http://www.energyfarms.net Nagamani, B., dan Rasamany, K. 1999. Biogas Technology –an Indian Perspective. Current Science Vol 77 Hal 44-55. Narain, S. 2002. The Flush Toilet Is Ecologically Mindless. Down to Erath vol 10, no. 19, Feb. New Delhi Richard, G. F. Dkk. 1989. Appropriate for Water Supply and Sanitation, Transportation. Water and Telecomunication Department of The World Bank. Sahidu, S. 1983. Kotoran Sebagai Sumber Energi. Dewarucci Press bekerjasama dengan PEMDA DKI. Jakarta. Tchobanoglous, G., Theisen, H., Vigil, S. A. 1993. Integrated Solid Waste Management Engineering, Principles and Management Issues. McGraw Hill International Edition. Singapura. Veenstra, G. dan Polprasert, C. 1985. Wastewater Treatment. IHE, Delf. 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 FTSP-ITS. Surabaya
13
