Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
POTENSI SLUDGE BIOGAS DARI FESES SAPI POTONG SEBAGAI SUMBER BAKTERI ANAEROB PENGHASIL GAS METANA BIOGAS POTENTIAL OF SLUDGE AS A SOURCE OF CATTLE FECES ANAEROBIC BACTERIA PRODUCING METHANE Siti Nadifah Afid*, Ellin Harlia**, Wowon Juanda** Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran Jalan Raya Bandung Sumedang KM 21 Sumedang 45363 *Alumni Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran ** Staff Pengajar Fakultas Peternakan Universitas Padjadjaran e-mail :
[email protected]
ABSTRAK Penelitian bertujuan untuk mengetahui jumlah bakteri anaerob dan proporsi gas yang terdapat pada sludge biogas dari feses sapi potong sebagai sumber bakteri anaerob penghasil gas metana. Pengambilan sampel dilakukan di Unit Pengkajian dan Pengolahan Limbah (UPPL) Universitas Padjajaran. Penelitian dilakukan di Laboratorium Mikrobiologi dan Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan, Laboratorium Pusat Riset Institusi Nanoteknologi dan Graphene Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran Sumedang pada bulan Maret sampai April 2016. Penelitian dilakukan berdasarkan metode eksploratif, dengan menggunakan data deskriptif. Pengujian sampel dilakukan di Laboratorium Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Pati. Sampel yang digunakan sebanyak 27 sampel dari sampel tersebut dihitung jumlah bakteri dan proporsi gas pada hari ke 2,5,10 dan 14. Terdapat tiga pengenceran dengan tiga ulangan dan dua macam perlakuan menggunakan media NA dan RGCA. Hasil penelitian menunjukan bahwa sludge sapi potong berpotensi untuk pertumbuhan koloni bakteri anaerob dan menghasilkan gas metana. jumlah bakteri pada media NA adalah 102,50 ± 39,65 CFU/ml dan RGCA adalah 68,33 ± 10,76.CFU/ml Jumlah bakteri tertinggi pada hari ke-5. Gas yang dihasilkan dari penelitian ini yaitu CH4, CO2, N2O, H2. Proporsi gas media NA pada gas metana dan CO2 berturut-turut adalah 0,0342 ± 0,0005 dan 0,5391 ± 0,4298, media RGCA 0,0210 ± 0,0211 dan 0,4355 ± 0,2607 Kata kunci : Bakteri Anaerob, Sludge, Feses Sapi Potong, Gas, Media
ABSTRACT This research was conducted from Maret to Mei, 2015 to find out biogas potential of sludge as a source of cattle feces anaerobis bacteria producing methane. Sampling was conducted in the Assessment and Waste Treatment Unit (UPPL) Padjajaran University. Research conducted in Laboratory of Microbiology and Waste Management Faculty of Animal Husbandry, the Central Laboratory of Nanotechnology and Graphene Research Institute, Faculty of Mathematics and Natural Sciences Universitas Padjadjaran Sumedang in March and April 2016. The study was conducted by an explorative method, using data descriptive. The test samples Laboratory of Agricultural Environment Research Institute Pati. Samples used as many as 27 samples and then the sample is calculated the number of bacteria and the proportion of gas on days 2,5,10 and 14. There are three types of dilution (P1 = 103, P2 = 104, P5 = 105) with three replications two kinds of treatment media NA and RGCA.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid The study states showed that the potential for growth of colonies anaerob bacteria and produce methane of biogas sludge from feces of beef cattle. bacteria on NA media was 102,50 ± 39.65 CFU/mL and 68.33 ± 10.76 CFU/mL RGCA is. The highest number of bacteria on the 5th day. The gas produced from this research that CH4, CO2, N2O, H2. The proportion of media NA gas methane and CO2 respectively were 0.0342 ± 0.0005 and 0.5391 ± 0.4298, 0.0210 ± 0.0211 RGCA media and 0.4355 ± 0.2607. Key words : Anaerobic Bacteria, Biogas, Cattle Feces, Methane Gas.
Pendahuluan Indonesia merupakan salah satu negara yang memiliki komoditas pertambangan batubara yang cukup baik. Pulau Kalimantan merupakan salah satu tempat yang memiliki lahan tambang yang cukup banyak. Berbagai macam jenis lahan tambang potensial terdapat di daerah ini, salah satu komoditas lahan tambang yang cukup besar adalah tambang batubara. Sludge feses sapi potong adalah hasil proses pencernaan dari dalam digester yang masih mengandung bakteri di dalamnya. Sludge diambil dari digester jenis fix-dome untuk pembuatan biogas. Bakteri yang terdapat di dalam sludge hasil pencernaan biogas yaitu bakteri anaerob pembentuk gas metana. Potensi bakteri metan yang terdapat didalam sludge dapat dimanfaatkan untuk diambil gas metana yang akan digunakan untuk penambahan kualitas nilai kalor pada batubara jenis lignit. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah : 1. Mengetahui jumlah bakteri anaerob yang terdapat pada sludge biogas dari feses sapi potong sebagai sumber bakteri anaerob penghasil gas metana. 2. Mengetahui proporsi gas metana yang dihasilkan pada sludge biogas dari feses sapi potong sebagai sumber bakteri anaerob penghasil gas metana. Bahan dan Metode Penelitian dan Pengujian ini telah dilaksanakan pada bulan Maret sampai bulan Mei 2016. Pengambilan sampel dilakukan di Unit Pengkajian dan Pengolahan Limbah (UPPL), Laboratorium Mikrobiologi dan Penanganan Limbah Peternakan Fakultas Peternakan, Laboratorium Pusat Riset Institusi Nanoteknologi dan Graphene Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjajaran Sumedang dan Laboratorium Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Pati.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid Peubah yang diamati 1. Jumlah bakteri anaerob yang tumbuh dalam tabung hungate pada sludge di dalam digester fixed dome. 2. Gas yang terbentuk (kualitatif dan kuantitatif). Metode Penelitian Penelitian ini merupakan metode eksploratif yang akan dianalisis secara deskriptif yaitu menghitung rata-rata, simpangan baku, varian, koefisien variasi dan menaksir rata-rata. Penelitian ini menggunakan dua perlakuan yaitu perlakuan dengan media NA (media minimalis) dan media RGCA (media diperkaya) hasil penanaman diamati pada hari ke-2, 5, 10 dan 14 . Untuk menganalisis data menggunakan analisis data sederhana.
Hasil dan Pembahasan Potensi Sludge Biogas dari Feses Sapi Potong sebagai Sumber Bakteri Anaerob Data pertumbuhan rata-rata jumlah bakteri pada sludge biogas dari feses sapi potong disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Rata-rata Jumlah Bakteri Anaerob Pengamatan Hari 2 5 10 14
Media NA
Media RGCA (Cfu/ml) 104
30,00 ± 15,43 102,50 ± 84,88 65,00 ± 5,44 33,33 ± 13,71
25,00 ± 17,78 68,33 ± 20,95 50,00 ± 35,56 48,33 ± 44,78
Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan diperoleh data rata-rata jumlah bakteri total pada sludge yang disajikan pada Tabel 2. Diketahui bahwa pada media NA dan RGCA pada hari ke-5 jumlah bakteri mengalami kenaikan yaitu 102,50 ± 84,88 CFU/ml dan 68,33 ± 20,95 CFU/ml dan turun pada hari ke-10 yaitu 65,00 ± 5,44 CFU/ml dan 50,00 ± 35,56 CFU/ml .
Hal ini tidak sejalan dengan pendapat Setiana (2011) Pada
percobaan hari pertama hingga hari keenam,
awal
bakteri masih berada pada fase
pertumbuhan lamban (lag fase). Fase lag merupakan fase mikroorganisme sedang dalam proses adaptasi sehingga tidak ada pertambahan populasi bakteri. Pada hari ketujuh sampai hari keempat belas, mikroorganisme cenderung beradaptasi yaitu mengalami perubahan komposisi kimiawi dan bertambahnya ukuran hal ini disebabkan
karena
mikroorganisme berada pada fase eksponensial. Pada hari kelimabelas sampai hari kedelapan belas, bakteri berada pada fase statis, Pada fase ini terjadi penumpukan
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid produk beracun dan /atau kehabisan nutrient. Menurut Haryati (2006) Kegagalan proses pencernaan anaerobik dalam tabung biogas bisa dikarenakan tidak seimbangnya populasi bakteri metanogenik terhadap bakteri asam yang menyebabkan lingkungan menjadi sangat asam (pH kurang dari 7) yang selanjutnya menghambat kelangsungan hidup bakteri metanogenik.. Media yang digunakan untuk perkembangbiakan bakteri yaitu media NA dan RGCA. . Lab-Lemco powder berfungsi sebagai sumber vitamin B bagi mikroorganisme, ekstrak ragi berfungsi sebagai sumber nitrogen, peptone berfungsi sebagai sumber energi/nutrisi bagi mikroorganisme dan sodium klorida berfungsi sebagai pengatur keseimbangan tekanan osmosis/bahan buffer media (Jumanti, 2016).
Komposisi RGCA dengan menggunakan
tehnik Hungate (1950) yaitu K2HPO4, Aquades, NaCl, (NH4)2SO4, KH2PO4, CaCl2, Mg2SO4.7H2O, glukosa, selobiosa, baktoagar, sistein, Na 2CO3, resazurin dan cairan rumen. Menurut Sutarma (2000) KH2PO4 berfungsi sebagai buffer untuk menyeimbangkan pH. Kandungan kalium dan fosfat pada KH2PO4 berguna untuk memberi nutrisi sel mikroorganisme serta sebagai elemen kunci dalam pengendalian metabolism sel, proses transport, dan dibutuhkan pada metabolisme karbohidrat, K2HPO4 memiliki kandungan berupa unsure K yang tinggi dan sebagai sumber P. Fungsi K2HPO4 adalah sebagai larutan buffer untuk menstabilkan pH medium (Sutarma, 2000). Mg2SO4.7H2O berfungsi sebagai sumber S yang berperan dalam stabilisasi ribosom, stabilisasi membrane, dan dinding sel, CaCl2 berfungsi sebagai sumber mineral yakni Kalsium dan Kalium untuk mendukung pertumbuhan mikroorganisme. Menurut Fuad (2001) aquades berfungsi sebagai pelarut dan menghomogenkan medium dalam pembuatan media serta Berdasarkan hasil penelitian bakteri anaerob tumbuh lebih baik pada media NA dibandingkan dengan media RGCA karena didalam media NA tersedia ekstrak ragi yang mengandung asam amino yang lengkap dan vitamin (B complex) yang berfungsi sebagai nutrisi utuk pertumbuhan bakteri. Namun, apabila dibandingkan dengan media NA, jumlah bakteri pada media RGCA hari ke-14 mengalami penurunan yang tidak terlalu signifikan dibandingkan pada media NA hal ini disebabkan pada media RGCA terdapat K 2HPO4 yang berfungsi sebagai larutan buffer untuk menstabilkan pH hal ini sejalan dengan penyataan Saragih (2010) Bila pH lebih kecil atau lebih besar maka akan mempunyai sifat toksik terhadap bakteri metanogenik. pH yang baik untuk bakteri anaerob pada proses pembentukan biogas berkisar 7-7,8. Menurut Weiland (2009), Mikroorganisme memerlukan nutrisi untuk pertumbuhan dan kelangsungan hidup. Nutrisi yang dibutuhkan bakteri dalam bentuk makro dan mikro.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid Makronutrisi yang dibutuhkan yaitu karbon, fosfor, dan sulfur. Menurut Bischoff (2009), Mineral-mineral yang dibutuhkan untuk pertumbuhan bakteri metan umumnya yaitu nikel. Nikel disintesis oleh kofaktor F430 pada proses pembentukan gas metana. Fungsi mineral lain seperti selenium, molibdenum, dan tungsten tidak sepenuhnya jelas, hanya sedikit bakteri metanogenik yang bergantung pada mineral tersebut untuk proses pertumbuhan. Bakteri anaerob terutama bakteri metan merupakan bakteri yang dibutuhkan untuk proses pembentukan gas metana pada pembuatan biogas. Bakteri anaerob memiliki sifat yang tidak dapat hidup jika terdapat oksigen. Sesuai dengan Pernyataan Ristianti (2014), diketahui bahwa sifat basil anaerobik adalah ketidakmampuannya untuk menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen terakhir. Mikroba ini tidak mempunyai sitokrom dan sitokrom oksidase sehingga tidak dapat memecahkan hidrogen peroksida karena mikroba tersebut tidak mempunyai katalase dan peroksidase, hidrogen peroksida cenderung tertimbun hingga menimbulkan toksik bila terdapat oksigen. Bakteri anaerob yang terdapat di dalam sludge diantaranya yaitu bakteri Metanogenik. Bakteri metanogenik melakukan metanogenesis di dalam digester. Demirel (2008) dalam Shah (2014) menyatakan Metanogenesis merupakan reaksi biokimia kompleks yang terjadi dalam kondisi anaerob yang dilakukan oleh bakteri anaerob (bakteri metan) dengan cara didekomposisi menjadi senyawa kimia sederhana yaitu gas metana dan karbon dioksida . Kualitas Gas Metana pada Proses Pembentukan Biogas dari Feses Sapi Potong dalam Tabung Hungate. Pembentukan gas metana pada sludge sapi potong tidak terlalu besar karena asam asetat sebagai bahan baku untuk pembentukan gas metana jumlahnya sedikit hal ini disebabkan karena sapi potong lebih banyak mengkonsumsi konsetrat dibandingkan dengan hijauan. Asam Asetat merupakan lemak tidak jenuh yang banyak terkandung di dalam hijauan sehingga gas metana yang diproduksi oleh bakteri metanogenik. Rata-rata jumlah biogas pada sludge dari feses sapi potong disajikan pada Tabel 3. Tabel 3.
Rataan Biogas pada Berbagai Media (NA dan RGCA)
Perlakuan CH4 Hari
NA CO2
RGCA N2 O (%)
CH4
CO2
N2 O
................... .................... .................... ...................... ..................... 2 0,0235±0,0109 0,0055±0,0028 0,0055±0,0028 0,0070±0,0068 0,0071±0,0069 0,0075±0,052 5 0,0200±0,0194 0,770±0,6143 0,0006±0,0005 0,0210±0,0211 0,4355±0,2607 0,0283±0,0007 10 0,0342±0,0005 0,5391±0,4298 0,0014±0,0001 0,0156±0,0106 0,2075±0,2016 0,0020±0,0014
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid 14 0,0107±0,0104 0,5033±0,4012 0,0026±0,0024 0,0118±0,0114 0,2160±0,2099 0,0010±0,0007
Berdasarkan hasil penelitian yang disajikan pada Tabel 3. produksi gas metana yang paling banyak terdapat pada hari ke-10 pada media NA dengan rata-rata yaitu 0,0342±0,0005 hal ini berbanding terbalik dengan pertumbuhan bakteri yang mengalami penurunan jumlah bakteri. Sedangkan, pada media RGCA produksi gas metana mengalami kenaikan pada hari ke-5 dengan jumlah 0,0210±0,0211 sejalan dengan pertumbuhan jumlah koloni bakteri. Sejalan dengan pernyataan Nazar (2013), produksi gas metana mengalami kenaikan pada hari ke 10 sampai dengan hari 14 karena pada hari tersebut terjadi proses metanogenesis. Media yang digunakan untuk pertumbuhan mempengaruhi jumlah bakteri namun tidak mempengaruhi laju pembentukan gas metana. Berdasarkan hasil penelitian rata-rata gas metana (CH4) yang dihasilkan pada media NA hari ke-10 yaitu 0,0342±0,0005, sedangkan pada gas Karbondioksida (CO2) jumlah ratarata gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang tertinggi pada hari ke-2 yaitu 0,770±0,6143. Berdasarkan hasil penelitian Persentase Gas CO2 yang didapatkan dari hasil penelitian berbanding terbalik dengan persentase gas CH4. Pada media RGCA jumlah ratarata gas metana (CH4) tertinggi pada hari ke-2 yaitu 0,0210±0,0211 sedangkan jumlah ratarata gas karbondioksida (CO2) tertinggi diperoleh pada hari ke-2 yaitu 0,4355±0,2607. Menurut Mashapu (2005) dalam Zieminski (2012) H2 dan CO2 dikonversikan menjadi gas metana dan asetat menjadi gas metana dan CO2 konversi ini dibantu dengan berbagai enzim kelompok prostetik yang terjadi hanya di metanogenesis.
Enzim terdiri dari:
Deazariboflavine F420 derivatif, methanopterin, methanofurane, nikel-tetrapyrol faktor F430 dan koenzim M (merkaptan sulfonate), autotrophic yang berfungsi sebagai pengikat CO2 saat metanogenesis. Hal ini sejalan dengan pernyataan (Moontri, 2012), yaitu bakteri metanogenik menggunakan H2 untuk mereduksi CO2 menjadi metana. Persamaan reaksi CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O Tahap-tahap reaksi enzim dalam pembuatan gas metana yaitu pengaktifan CO 2 oleh enzim yang mengandung metanofuran yang kemudian direduksi menjadi formil (CHO) yaitu formil metanofuran (formyl-MF). Formil ditransfer dari metanofuran ke enzim yang mengandung metanopterin menjadi metilen lalu menjadi metil (CH3) yaitu formyl-H4 SPT diubah menjadi methenyl-H4 SPT , diubah menjadi methylene-H4 SPT, kemudian diubah menjadi methyl-H4 SPT. Metil ditransfer dari metanopterin ke enzim yang mengandung koenzim M (CoM) membentuk metil-CoM. Metil-CoM direduksi menjadi metan oleh sistem metil reduktase yang mengandung koenzim F430 dan koenzim B (CoB). Koenzim F430 memindahkan metil
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid dari metil-CoM membentuk kompleks yang terdiri dari nikel dan metil. Kompleks direduksi oleh elektron dari koenzim B (CoB) menghasilkan metana dan kompleks heterodisulfida. Kompleks heterodisulfida direduksi oleh heterodisulfida reduktase. Proses ini menghasilkan pelepasan proton melewati membran yang menimbulkan daya dorong proton oleh enzim ATPase menghasilkan ATP. Gas yang dihasilkan yang paling besar dalam biogas adalah gas CH 4 selanjutnya CO2 dan gas N2O. Produksi gas CH4 dan CO2 selalu berbanding terbalik. Menurut Mashapu (2005) dalam Zieminski (2012) H2 dan CO2 dikonversikan menjadi gas metana dan asetat menjadi gas metana dan CO2. Menurut Price dan Cheremisinoff (1981) Proses pembuatan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob dengan bantuan bakteri anaerob di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan asam sulfida (H2S). Pembuatan biogas dibagi menjadi tiga tahap yaitu Hidrolisis, Asidogenesis dan Metanogenesis. Pada proses ini akan dihasilkan 70% CH4, 30% CO2, sedikit H2 dan H2S.
Kesimpulan Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa : 1. Jumlah bakteri anaerob yang tertinngi pada sludge biogas dari feses sapi potong pada hari ke-5 yaitu 102,50 ± 84,88 CFU/ml utuk media NA dan 68,33 ± 20,95 CFU/ml untuk media RGCA 2. Proporsi gas metana yang dihasilkan pada sludge biogas dari feses sapi potong sebagai sumber bakteri anaerob pada media NA gas metana yaitu 0,0342 ± 0,0005 dan media RGCA 0,0210 ± 0,0211.
Potensi Sludge Biogas ..........………………………………………………. Siti Nadifah Afid
Daftar Pustaka Bischoff, K., 2009. Cloning and Characterization of a Recombinant Family 5 Endoglucanase from Bacillus licheniformis Strain B- 41361. Process Biochem. 42, 1150–1154. Demirel, B., Scherer, P. 2008. The Roles of Acetotrophic and Hydrogenotrophic Methanogens During Anaerobic Conversion of Biomass to Methane. Journal Environmental Science Biotechnology 7: 175 Fuad, Fathir.2001.Media Pertumbuhan Mikroba. http://fuadfathir.multiply.com. Diunduh pada tanggal 8 Agustus 2016 pukul 10.28 WIB. Haryati, Tuti. 2006. Biogas: Limbah Peternakan yang Menjadi Sumber Energi Alternatif. Wartazoa Vol. 16 No. 3 Th. 2006. Ba;ai Besar Penelitian Veteriner Bogor. Moontri, R. 2012. Pembuatan Metanol dari Bahan Baku Biomas (Online), (http://bmdstreet.com/pembuatan-metanol-dari-bahan-baku-biomas), diakses 5 Juli 2016. Ogimoto, K dan S. Imai. 1981. Atlas of Rumen Microbiology. Japan Scientific SOGieties Press, Tokyo. Saragih, Budiman R. 2010. Analisis Potensi Biogas untuk Menghasilkan Energi Listrik dan Termal pada gedung Komersil di Daerah Perkotaan (Studi Kasus pada Mal Metropolitas Bekasi). Tesis Universitas Indonesia. Depok. Setiana Wati, Dwi dkk. 2011. Jurnal Pembuatan Biogas dari Limbah Cair Industri Bioetanol Melalui Proses Anaerob (Fermentasi). Semarang: Universitas Diponegoro. Shah, Fayyaz Ali. 2014. Microbial Ecology of Anaerobic Digesters: The Key Players of Anaerobiosis. Hindawi Publishing Corporation e Scientific World Journal Volume 2014. Sutarma. 2000. Kultur Media Bakteri. Bogor: Balai Penelitian Veteriner. Weiland, Peter. 2009. Biogas production: current state and perspectives Appl Microbiol Biotechnol 85:849–860.
