REAKTOR TIPE FIXED BED DAN PENERAPANNYA PADA INDUSTRI TAHU

J. Tek. Ling

Edisi Khusus “Hari Bumi”

Hal. 89 - 94

Jakarta, April 2012

ISSN 1441-318X

REAKTOR TIPE FIXED BED DAN PENERAPANNYA PADA INDUSTRI TAHU Indriyati dan Diyono Pusat Teknologi Lingkungan Badan Pengkajian Penerapan Teknologi Jl. M.H. Thamrin 8, Gedung II lantai 19, Jakarta 10340 Tel. 021-3169715; Fax 021-3169792 E-mail. [email protected] Abstrak Hampir sebagian besar industri makanan seperti pada industri tahu mengeluarkan air limbah dan metodeaplikasinya dalam menerapkan pengolahan air limbah menghasilkan produk samping seperti biogas yang mengandung gas metana, biogas tersebut dapat digunakan sebagai substitusi energi untuk industri itu sendiri. Menurut pengalaman di desa Kalisari yang banyak industri skala kecil dapat tahu. Telah dibangun sebuah bioreaktor 20 m3 untuk mengolah air limbah. Limbah cair Industri tahu diolah secara anaerobik dengan menggunakan anaerobic digester tipe Fixed Bed. Selain, mengurangi polutan organik, juga menghasilkan biogas 11, 86.m3/ day. Produksi biogas digunakan untuk menjalankan kompor untuk 25 rumah tangga. Penggunaan biogas memberikan nilai tambah untuk satu rumah tangga dengan 4 orang dapat menghemat pengeluaran untuk energi gas adalah sekitar Rp. 60.000, -/bln. Kata kunci: energi, biogas. Abstract Almost of food industries such as tofu industry discharge waste water and the application method of waste water treatment produce side product such as biogas that contain methane gas, that biogas can used as energy substitution for the industry itself. According to the experienced in the Kalisari village thas a lot of small scale tofu industries,it was built a 20 m3 bio reactor to treat the waste water. The tofu industry waste waster is treated anaerobic by using anaerobic digester. Beside, reducing the organic pollutant, it is also produce biogas11,86.m3/day. The biogas production is used to run the stoves for 25 households. The using of biogas give added value that one household with 4 people can save expenses for the gas energy is about Rp. 60.000,-/month. Key Words : energy, biogas.

Reaktor Tipe Fixed,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 89 - 94

89

1. PENDAHULUAN Kalisari dan Ciroyom adalah desa yang dekat dengan kota Purwokerto kabupaten Banyumas Jawa tengah. Disana banyak terdapat industri kecil kurang lebih ada 526 unit, dan sebagian besar merupakan industry tahu, sehingga bila dilihat dari potensi emisi gas rumah kaca cukup besar. Pengurangan emisi dari industry kecil tahu akan memberikan keuntungan dengan memperbaiki keadaan lingkungan dan mennghasilkan gas bio sebagai energy alternative karena pengolahan limbah cair dari industry tahu dikelola secara biologi melalui anaerobic.. Jumlah industry tahu di Indonesia sekitar 84.000 unit kapasitas produksi 2,56 juta ton kedelai per tahun. Industri tahu banyak melibatkan tenaga kerja dan juga mengeluarkan emisi gas rumah kaca yang cukup besar dari penggunaan bahan bakar dan limbah cairnya. Sekitar 80 % industry tahu ada di pulau jawa, sehingga emisi dari industry tahu yang dikeluarkan berkisar sekitar 0,8 juta ton CO2 ekivalen per tahun.

Sebagai model pengolahan limbah industri tahu di desa Kalisari dibuat contoh pengolahan limbah cair tahu dengan kapasitas sebesar 20 m3 tipe Fixed Bed. Limbah cair tahu mengandung bahan organic yang cukup tinggi dan dengan proses fermentasi anaerobic tanpa oksigen akan memproduksi gas bio dengan kadar methane yang tinggi dan sebagai alternative energy dapat digunakan untuk rumah tangga sekitar industry dan juga akan mereduksi emisi gas rumah kaca. Model percontohan pengolahan limbah cair tahu dibangun oleh BPPT dan didanai oleh Kementerian Riset dan Teknologi. Hal ini dapat dilihat pada Gambar1.Keadaan Limbah Cair Industri Tahu. Organik kompleks: Protein, Lemak & Karbohydrat & dll Hidrolisis

Enzim exstraseluler

Organik terlarut: Glukosa, Asam amino Asidogenesis

Sel Bakteri

Bakteri asam Asam volatile

Metanogenesis

Produk lain

Bakteri methan

s CH4 & CO2

Gambar 2. Proses Degradasi Anaerobik1)

Semua tahapan degradasi bahan organic dapat pada Gambar 2. Sebagai berikut : 2.

Gambar 1. Limbah Industri pabrik tahu

90

PENGOLAHAN ANAEROBIK DI REAKTOR TIPE FIXED BED

Proses degradasi bahan organic secara anarobik dapat dilihat pada Gambar 2. Degradasi bahan organik berjalan dalam beberapa tahap dan di setiap tahap ada bakteri tertentu yang dominan bekerja dan mempunyai kondisi hidup optimum yang

Indriyati dan Diyono., 2012

dapat dijadikan parameter yang penting.1) 2.1 Proses Hidrolysis adalah proses dimana aktivitas kelompok bakteri Saprofilik menguraikan bahan organik kompleks. Aktivitas terjadi karena bahan organik tidak larut sepeti polisakarida, lemak, protein dan karbohidrat akan dikonsumsi bakteri Saprofilik, dimana enzim ekstraseluler akan mengubahnya menjadi bahan organik yang larut dalam air. 2.2 Proses Asidogenesis Pada proses ini, bahan organik terlarut akan diubah menjadi asam organik rantai pendek seperti asam butirat, asam propionat, asam amino, asam asetat dan asam-asam lainnya oleh bakteri Asidogenik. Salah satu bakteri yang hidup dalam kelompok Asidogenik adalah bakteri pembentukan asam asetat yaitu bakteri Asetogenik, bakteri ini yang berperan dalam tahap perombakan asam propionat, asam amino, asam butirat, maupun asam rantai panjang lainnya menjadi asam organik yang mudah menguap/volatil seperti asam asetat. 2.3 Proses Metanogenesis Proses Metanogenesis adalah proses dimana bakteri Metanogenik akan mengkonversi asam organik volatil menjadi gas metan (CH4) dan karbondioksida (CO2). A. Reaktor Anaerobik Tipe Fixed Bed Reaktor anaerobik tipe Fixed Bed adalah jenis reaktor dengan media tetap diperkenalkan pada tahun 19671). Bioreaktor ini adalah reaktor yang terdiri dari tangki berisi bahan pembantu berupa material penyangga tetap atau media. Fungsi dari material penyangga/media ini adalah sebagai tempat menempel atau rumah mikroorganisme, sehingga mikroorganisme tidak ikut terbawa cairan sisa buangan atau effluen yang keluar dari reaktor. Pada reactor tipe Fixed bed dengan rumah mikroorganismenya berupa potongan

bamboo dengan ukuran panjang sekitar 5 – 7 cm dan diameter potongan bamboo sekitar 10 cm. Bambu mempunyai permukaan yang cukup kasar sehingga memudahkan mikroorganisme menempel pada permukaan bamboo tersebut. Adanya pertumbuhan mikroorganisme di permukaan bamboo menyebabkan degradasi bahan organic yang terkandung pada limbah cair tahu. Reaktor tipe ini mempunyai kapasitas yang terbatas sesuai dengan jumlah mikroorganisme yang melekat dalam potongan bamboo, apabila diberikan aliran yang cukup tinggi akan mengakibatkan mikroorganisme keluar dengan efluen yang ada atau disebut washout, hal ini sangat berpengaruh pada kinerja dari reactor tersebut. . B. Modus operasi Reaktor Anaerobik Tipe Fixed Bed Sistem aliran pemasukan influen di reactor anaerobic tipe Fixed Bed dapat dilakukan secara dari bagian bawah atau upflow dan juga dari bagian atas atau down flow, pada sistem aliran ini sebaiknya digunakan sistem upflow untuk menghindari adanya penyumbatan. Cairan yang masuk dari bagian bawah akan terdistribusi dengan merata melalui potongan bamboo sebagai rumah mikroorganisme dan akan terdegradasi dengan baik. Sedangkan aliran yang dimasukkan dari bagian atas tidak dapat mengalir secara merata sehingga kemungkinan terjadi penyumbatan di potongan bamboo dan degradasi yang terjadi tidak merata.Perbedaan sistem aliran upflow dan down flow dapat dilihat pada Gambar 3. .

Gambar 3. Modus Operasi Reaktor Tipe Fixed Bed.

Reaktor Tipe Fixed,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 89 - 94

91

C. Material Penyangga/Media. Material penyangga tetap dapat dibuat dari berbagai macam bahan tidak terdegradasi, misalnya: plastik, keramik, tanah liat, batu apung atau bahan alam lainnya. Ukuran dan bentuk material penyangga tetap yang digunakan dapat berbentuk tidak beraturan, yang dibuat dari sejenis plastik dengan bentuk geometri tertentu dan potongan bambu dengan ukuran tertentu. Material penyangga tetap dalam bioreaktor dapat berfungsi memperbanyak jumlah bakteri didalam reaktor 3). Pertumbuhan mikroorganisme yang aktif didalam reaktor dipengaruhi oleh efektifitas material penyangga tetap. Efektifitas tersebut bergantung kepada : - Luas permukaan area material penyangga tetap yang dinyatakan dalam m2/m3. Rasio luas permukaan berpengaruh terhadap jumlah mikroorganisme yang menempel sebagai biofilm per unit volume reaktor. Kekasaran permukaan material penyangga tetap memegang peranan penting dalam periode inokulasi. - Bentuk dan ukuran material penyangga tetap, menentukan dalam pengadukan dan cara pengaliran di dalam reaktor. - Porositas reaktor, yaitu perbandingan total volume kerja reaktor setelah diisi material penyangga tetap dengan total volume reaktor sebelum diisi material penyangga tetap, dinyatakan dalam persen (%). Porositas besar akan semakin baik karena tidak akan menyebabkan penyumbatan dalam proses, apabila limbah yang akan diolah mempunyai konsentrasi partikulat yang tinggi. D.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Stabilitas Reaktor. Pada proses pengolahan dengan proses anaerob, banyak faktor yang mempengaruhi stabilitas reaktor, diantaranya adalah :

92

a. Waktu tinggal hidraulik. Waktu tinggal dengan satuan hari, dipengaruhi dengan volume reaktor dan berbanding terbalik dengan debit substrat. Waktu tinggal pada reaktor anaerobik berkisar antara 3 sampai 10 hari 3). b. Laju pembebanan organik. Laju pembebanan oraganik adalah besaran yang menyatakan jumlah material organik dalam air buangan yang diuraikan oleh mikroorganisme dalam reakto per unit volume per hari. c. pH. Pada proses anaerobik, pH adalah salah satu parameter penting karena bakteri metan sangat sensitif terhadap perubahan sehingga pH harus selalu dikondisikan pada rentang 6,5-7,5 akan tetapi proses masih dapat berjalan pada rentang pH 6,0-8,0. pH yang rendah dan berlebihnya produksi asam akan menjadi penghambat untuk bakteri metanogenik4). Untuk mengontrol pH pada pengolahan anaerob dapat digunakan Sodium Bikarbonat 5,6). d. Alkalinitas Alkalinitas pada proses anaerob diperlukan untuk mempertahankan pH agar tetap dalam rentang yang optimum sehingga bakteri metan dapat tumbuh dengan baik dan dapat menghasilkan biogas dengan perbandingan 55-75% gas metan dan 2545% gas karbondioksida. Untuk mencapai perbandingan gas diatas, dengan kondisi pH 6,5 dibutuhkan nilai alkalinitas pada rentang 500-900 mg/l CaC03 7). e. Temperatur. Berdasarkan pada pengoperasian reaktor anaerobik, bakteri yang hidup dalam reaktor dibedakan menjadi dua golongan yaitu. Termofilik yang hidup pada suhu antara 40 – 60 oC.

Indriyati dan Diyono., 2012

Mesofilik yang hidup pada suhu antara 25 – 40 oC. Te m p e r a t u r o p t i m u m u n t u k pertumbuhan bakteri mesofilik adalah pada temperatur 35 oC. f. Nutrisi. Kebutuhan nutrisi bakteri anaerobik khususnya N dan P yang dibutuhkan untuk memproduksi enzim untuk mencerna karbon. Rasio perbandingan C : N : P berkisar 400 : 7 : 1 dan 1000 : 7 :1 tergantung pada tinggi rendahnya beban yang akan diolah 5). g. Senyawa racun atau penghambat. Pada proses anaerob, senyawa penghambat dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu penghambat fisik dan penghambat kimia. Penghambat fisik adalah temperatur, sedangkan penghambat kimia adalah logam berat, antibiotik dan volatile fatty acid (asam lemak volatil). Pada proses anaerob konsentrasi asam volatile dalam rentang 200 – 400 mg/l sebagai asam asetat menunjukkan kondisi reaktor yang baik4). 3. P E N E R A PA N P E N G O L A H A N LIMBAH INDUSTRI TAHU Pengolahan limbah cair industri tahu dimulai dengan pemisahan cairan dari tempat pengepresan dan tempat pencucian serta fermentasi. Cairan dari pengepresan disebut limbah cair industri tahu yang akan diolah di tempat pengolahan limbah. Air limbah kemudian dialirkan menuju bak pennampung melalui saluran pipa yang disediakan. Didalam bak penampung disaring terlebih dahulu sebelum dialirkan dalam reactor Kemudian limbah yang telah disaring kemudian dipompakan secara intermiten kedalam reactor. Limbah cair tahu mengalir langsung kedalam reactor kemudian limbah cair akan tinggal untuk beberapa hari tergantung lamanya waktu tinggal cairan didalam reactor. Didalam reactor limbah cair organik diproses secara anaerobic fementasi.

Tujuan dari proses anaerobic adalah mendegradasi bahan organik didalam limbah cair dan merubah bahan organik menjadi gas bio. Teknologi yang digunakan adalah dengan menggunakan media penyangga berupa potongan bambu berupa ukuran potongan sekitar 7 – 8 cm. Bakteri akan tumbuh dupermukaan bamboo dan membuat lapisan aktif yang mendegradasi bahan organic terlarut. Keuntungannya adalah bacteria akan mengadakan fixasi dan kemudian membuat akumulasi, oleh karena itu bakteri tidak terbawa keluar bilamana dioperasikan dengan laju beban organic yang tinggi. Limbah yang dipompakan masuk kedalam reactor dengan system upflow masuk dari bagian bawah akan terdistribusi melalui media penyangga bagian bawah menuju keatas dan kemudian efluen akan keluar melalui bagian atas kemudian mengalir langsung ke kanal langsung dibuang ke sungai dan menuju kesawah. Produksi gas bio dari bio reaktor mengalir melalui pipa menuju gas holder dan kemudian didistribusikan kerumah tangga dilingkungan tempat pengolahan limbah. Gas bio yang dihasilkan dapat digunakan sebagai pengganti bahan bakar gas LPG.

Gambar 3. Anaerobik Reaktor Fixed Bed

Reaktor Tipe Fixed,... Edisi Khusus “Hari Bumi”: 89 - 94

93

4.

UNJUK KERJA REAKTOR TIPE FIXED BED

Selama masa operasional test di lapangan, jumlah limbah cair yang diolah secara optimum pada proses ini adalah sebagai berikut : - Umpan yang dimasukan 3,20 m3/hari Total COD inlet sebesar 16,483 mg/L. - Waktu fermentasi selama 5 hari, - Total COD efluen 2.128 mg/L. - Produksi gas bio sebanyak 11,86 m3/ hari. Kandungan methan sekitar 85.30 %, Efisiensi bio reactor 87,35 %. - Media penyangga potongan bambu. Porositas bamb 80 %. pH influent 5,2 - pH efluen 6,.88 Gas bio yang dihasilkan oleh reaktor anaerobik digunakan memasak kebutuhan rumah tangga dan untuk keperluan industri sendiri menggoreng tahu untuk dijual.

perhitungan investasi karena pengolahan limbah tahu yang ada adalah merupakan model percontohan untuk desa Kalisari, dimana gas bio digunakan sebagai alternative pengganti energi Hal ini difokuskan masalah transfer teknologi. 5. Kesimpulan Berdasarkan percobaan yang dilakukan pada contoh model pengolahan limbah cair tahu, dapat disimpulkan sebagai berikut : Te k n o l o g i a n a e r o b i c d a p a t menggunakan reactor tipe Fixed Bed untuk mengolah limbah cair tahu. Produksi biogas sebesar 11,83 m3 per hari. Jumlah produksi gas bio dapat digunakan untuk 25 rumah tangga, jadi keuntungan yang didapat oleh desa Kalisari Rp. 1.500.000,DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3.

Gambar 4. Flow diagram of treatment plant

Pada kondisi yang sebenarnya untuk masyarakat desa Kalisari mempunyai keuntungan sebagai berikut : - Satu rumah tangga mengkonsumsi 4 unit LPG per bulan. - Harga satu tabung kecil LPG Rp. 15.000,- Oleh karena itu, satu rumah tangga dapat menghemat Rp. 60.000,- per bulan. - Jumlah produksi gas bio dapat digunakan oleh 25 rumah tangga, berarti keuntungan yang didapat oleh penduduk di desa Kalisari adalah Rp. 1.500.000,- per bulan. Perhitungan ini dilakukan tanpa 94

4. 5. 6.

7.

8.

Weiland, P. 1987. Development of Anaerobic Filters for Treatment of High Strength Agro Industrial Wastewater, Bioprocess EngineerinSpringer, Verlag. Winkler, M.A. 1981. Biological Treatment of Waste-Water. New York: John Wiley and Sons. Chavadej, s.1980. Anaerobic Filter for Biogas Production. J. Energy Head Mass Transfer. Grady, C.P.L and Lim, H.C. 1980. Biological Wastewater Treatment, New York Marcel Dekker, inc. Malina, Joseph F and Frederick G. Pohland 1992. Design of Anaerobic processes for the Treatment of Industrial and Municipal Waste. Pennsylvania: Tehnomic Publishing Company, Inc. Reynolds, Tom D. 1982. Unit Operation and Processes in Environmental Engineering. United State of America: B/C Engineering Rittman, B.E and Mc Carty P.L. 2001. Environmental Biotechnology Principles and Aplication, Boston : Mc Graw Hill.

Indriyati dan Diyono., 2012