REKAYASA DAN UJI KINERJA REAKTOR BIOGAS SISTEM COLAR PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA

ISSN 1978 - 2365 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 1 Juni 2010 : 14 – 26

REKAYASA DAN UJI KINERJA REAKTOR BIOGAS SISTEM COLAR PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA Rochman Isdiyanto 1), Udin Hasanudin 2) 1)

2)

Puslitbang Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan Jl. Ciledug Raya Kav. 109, Telp. (021) 7203530, Cipulir Keb. Lama, Jakarta Selatan. Jurusan Teknologi Hasil Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Lampung, Jl. Sumantri Brojonegoro No. 1, Bandar Lampung Telp/Fax: 0721-700682

ABSTRAK Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) atau reaktor anaerobik tertutup telah dapat diterapkan sebagai teknologi pengolahan air limbah industri tapioka yang menghasilkan biogas. Kegiatan kerekayasaan pengembangan bioreaktor sistem CoLAR ini bertujuan untuk menyediakan biogas sebagai energi terbarukan di lingkungan industri tapioka. Bioreaktor sistem CoLAR terbuat dari bahan geomembran dengan kapasitas 3.600 m3 mampu menampung air limbah dengan laju alir 150 m3 per hari. Air limbah akan mengalami proses fermentasi anaerobik dengan waktu tinggal hidrolik selama 20 hari. Hasil pengamatan pada uji kinerja bioreaktor diketahui bahwa bioreaktor CoLAR yang diterapkan dapat bekerja dengan baik. Hal ini ditandai dengan menurunnya nilai rata-rata Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) sebesar 70,3 %, yaitu dari 9.011 mg/liter turun menjadi 2.680 mg/liter atau sebesar 0,317 gr COD/Liter/hari atau 949,6 kg COD/150 m3/hari. Sistem bioreaktor mampu menghasilkan rata-rata produksi biogas sebesar 485,4 m3/hari dengan kandungan metana sebesar 58,8 %. Kualitas biogas tersebut secara teknis dapat digunakan sebagai sumber energi terbarukan. Kata kunci : Bioreaktor CoLAR, Limbah cair, Biogas. ABSTRACT Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) Technology was applied on tapioca wastewater treatment to produce biogas. The purpose of the activity using bioreactor CoLAR system is to produce biogas as an alternative energy from tapioca industry. The bioreactor CoLAR system made of geomembrane with the capacity 3.600 m3 . The bioreactor can be used collecting tapioca wastewater with the flow rate of 150 m3 per day, with the Hridraulic Retention Time was of 20 day. The performance test of bioreactor result shaws the reduction of 70,3 % of Total Chemical Oxygen Demand (T-COD), from 9.011 mg/liter dropped to become 2.680 mg/liter or 0,317 gr COD/liter/day or 949,6 kg COD/150 m3/day. The bioreacror system produce biogas with average production of 485,4 m3/day and the concentration of methane is 58,8 %.. The biogas is feaseable to applied as a renewable energy resources. Keywords: Reactor CoLAR,Wastewater, Biogas.

PENDAHULUAN Limbah cair pada industri pangan tradisional seperti tepung tapioka, tahu, tempe, kerupuk kulit dsb., merupakan salah satu

sumber pencemaran lingkungan. Timbulnya limbah pada industri pangan baik limbah padat, cair maupun gas tidak dapat dihindari. Usaha untuk meminimalisasi timbulan limbah telah

Naskah diterima: 31 Mei 2010, revisi kesatu: 7 Juni 2010 revisi kedua: 21 Juni 2010, revisi terakhir: 28 Juni 2010

14

15

Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka

banyak modifikasi

dilakukan

melalui

mekanisme

proses

maupun

peningkatan

dan merupakan sumber energi alternatif yang bersifat

terbarukan.

Meskipun

pada

efisiensi untuk memenuhi standar baku mutu

pembakaran metana akan dihasilkan karbon

agar tidak mencemari lingkungan.

dioksida, namun dampak karbon dioksida

Jumlah dan karakteristik air limbah yang ditimbulkan pada industri pangan bervariasi menurut jenis industrinya. Sebagai contoh pada

terhadap pemanasan global 21 kali lebih kecil bila

sekitar 4-5 m3/ton ubi kayu yang diolah dengan konsentrasi bahan organik sangat

tinggi.

Kebutuhan oksigen untuk mendekomposisi bahan organik yang terdapat dalam air limbah tapioka secara kimiawi (COD) dapat mencapai 18.000-25.000 mg/l, sehingga diperlukan suatu sistem pengolahan dengan waktu tinggal yang

Pada umumnya sistem pengolahan air limbah industri tapioka yang saat ini diterapkan yaitu pengolahan limbah secara aerobik dan anaerobik menghasilkan gas karbon diokasida (CO2) dan metana (CH4). Kedua gas tersebut merupakan gas rumah kaca yang memberikan kontribusi terhadap pemanasan global. Dari pengukuran

dampak

yang

Peningkatan harga bahan bakar minyak akibat semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak dan masalah pemanasan global telah menjadi issue utama seluruh masyarakat dunia. Pemanfaatan metana sebagai sumber energi dapat memberikan kontribusi terhadap dampak positif pemanasan global. Pemanfaatan metana sebagai sumber energi alternatif juga sejalan dengan Kebijakan Pemerintah bidang energi seperti, Peraturan Presiden No 5 tahun

lama [1].

hasil

dengan

ditimbulkan oleh gas metana [3].

industri tapioka tradisional, air limbah yang dihasilkan industri tapioka dapat mencapai

dibandingkan

emissi

gas

di

kolam

anaerobik diketahui bahwa setiap ton ubikayu menghasilkan sekitar 24,4 m3 biogas dan lebih dari 50 % berupa gas metana [2]. Sistem pengolahan air limbah tapioka

2006 tentang Kebijakan Energi Nasional, INPRES

Nomor

I

tahun

2006

tentang

Pemanfaatan Biofuel sebagai energi alternatif maupun Blue Print Energy Management 2020. Teknologi

produksi

biogas

pada

dasarnya adalah teknologi yang memanfaatkan proses pencernaan (digestion) yang dilakukan oleh bakteri methanogenic dalam lingkungan tidak ada udara (anaerobik). Teknologi biogas sebenarnya sudah mulai dikenal di Indonesia sejak tahun 1980-an, namun hingga saat ini belum

mengalami

menggembirakan.

perkembangan

Beberapa

kendala

yang yang

yang saat ini diterapkan juga telah mampu

dihadapi antara lain; masih terbatasnya tenaga

mencapai baku mutu yang dipersyaratkan

ahli yang berminat menekuni biogas, reaktor

dalam Kep. MENLH No. 51/1995, tetapi sistem

biogas sering tidak berfungsi dengan baik

ini masih menghasilkan emissi gas rumah kaca

karena kesalahan konstruksi/bocor, desain tidak

(CH4 dan CO2) dan menghamburkan sumber

user friendly, cara operasi yang masih manual

energi yang potensial, sedangkan metana (CH4)

serta biaya konstruksi yang mahal. Oleh karena

adalah gas yang dapat dibakar (flameable gas)

itu untuk pengembangan teknologi biogas lebih

ISSN 1978 - 2365

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, 16 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 1 Juni 2010 : 14 – 26 Vol. 9 No. 1 Juni 2010 : 14 – 26

lanjut, diperlukan pengkajian teknis yang lebih

sebagai penutup kolam untuk perangkap biogas

mendalam serta dengan cara-cara pendekatan

yang terbentuk selama fermentasi berlangsung.

baru sehingga implementasinya di lapangan

Geomembrane

tidak banyak menemui berbagai hambatan dan

memiliki komposisi kimia terdiri dari High

permasalahan.

Density Poly Etylen (HDPE) dengan ketebalan

yang

digunakan

tersebut

Pengolahan limbah cair industri tapioka

1 mm. Bahan pendukung lainnya adalah bata

secara anaerobik telah dapat diterapkan sebagai

merah, pasir, semen untuk konstruksi bak inlet

teknologi produksi biogas. Penanganan limbah

dan outlet. Stereofoam ukuran 200 x 100 x 20

anaerobik yang selama ini menggunakan sistem

cm

kolam terbuka, kini telah dapat direkayasa dan

memudahkan pemasangan geomembran dan

dimodifikasi menjadi kolam sistem tertutup dan

untuk alat bantu pijakan pada waktu diakukan

berfungsi sebagai bioreaktor. Bioreaktor sistem

perawatan. Sedangkan sistem instalasi saluran

tertutup

unit

limbah inlet dan outlet menggunakan pipa PVC

dapat

AW ukuran 4” sedangkan pipa PVC ukuran

tersebut

penghasil

biogas

menampung

didesain dan

biogas

sebagai

sekaligus yang

dihasilkan.

Pengembangan bioreaktor dengan sistem kolam tertutup tersebut dikenal dengan sistem Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR). Biogas yang dihasilkan dapat dikumpulkan di dalam bioreaktor tersebut yang selanjutnya dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi yang bersifat terbarukan.

digunakan

sebagai

pelampung

untuk

3“, 3/4 “ dan 1/2“ untuk sistem instalasi gas. Metoda Dalam

pembuatan

perancangan

bioreaktor

sebagai

unit

diperlukan

data

informasi

/

penghasil

biogas

awal

yang

menyangkut aspek teknis pembuatan dan pemanfaatan

biogas

dari

limbah

industri

tapioka. Data dan informasi tersebut dapat diperoleh melalui penelusuran pustaka, survei

Tujuan

lapangan, konsultasi dengan nara sumber/ kerekayasaan

pakar serta instansi terkait. Berdasarkan data

pengembangan bioreaktor sistem CoLAR ini

pendukung yang diperoleh digunakan untuk

adalah untuk melakukan rancang bangun sistem

analisis dalam pembuatan perancangan reaktor

pengolahan air limbah industri tapioka yang

dan melakukan uji kinerja.

Tujuan

dari

kegiatan

menghasilkan biogas sebagai energi terbarukan sekaligus mengatasi permasalahan pencemaran lingkungan.

METODOLOGI Pemilihan Bahan

Penentuan Jenis Reaktor Berbagai model teknologi digester telah banyak dilakukan dalam pembuatan biogas di lapangan.

Pada

digester/reaktor

umumnya biogas

konstruksi

berdasarkan

cara

pembuatannya dikenal dengan 3 jenis model

Pembuatan bioreaktor sistem CoLAR ini

konstruksi, yaitu: Konstruksi Permanen (Fixed

menggunakan bahan utama Geomembrane

Dome Digester), Konstruksi Semi Permanen


14

17


Floating

Roof

Digester)

dan

Konstruksi

dibuat dari bahan plat atau fiber atau plastik

Sederhana (Plastik).

dan lain sebagainya.

1.) Fixed Dome Digester Fixed

dome

digester

disebut

juga

digester permanen dapat dibuat dari bahan pasangan batu bata, batu kali, fiber, plat atau beton.

Ruang

langsung

di

konstruksi

penampung atas

biogas

substrat

dengan

berada

menjadi

digester,

satu

ukuran

kapasitasnya tetap/tidak elastis. Cara kerja Fixed Dome Digester adalah pada saat gas terbentuk dan tekanan gas meningkat akan mendorong

substrat

ke

bak

pelimpahan

selanjutnya akan meluap keluar melalui lubang pengeluaran. Pada saat gas digunakan, volume gas yang tertampung

secara perlahan akan

berkurang dan tekanan menurun sehingga substrat

Penampung gas berbentuk seperti tabung/drum

kembali masuk ke ruang digester.

Penampung gas/drum tersebut dipasang di atas digester secara semi permanen untuk memudahkan pekerjaan pada saat perawatan, apabila diperlukan drum tersebut dapat dilepas dari digester. Indikasi terbentuknya gas dapat dilihat pada posisi drum tersebut, apabila gas banyak terbentuk drum penampung gas akan terangkat ke arah atas.

Sebaliknya apabila

jumlah gas terbentuk hanya sedikit atau gas sedang digunakan, posisi drum akan kembali turun ke posisi lebih rendah. Sisa/ampas slurry akan keluar dengan sendirinya oleh karena tekanan gas dan bahan baku yang dimasukkan secara rutin. 3.) Digester Sederhana

Apabila terjadi produksi gas yang berlebihan,

Instalasi biogas konstruksi sederhana

gas akan terbuang secara otomatis melalui

biasanya menggunakan bahan dari plastik

kelep pengeluaran pada manometer. Pembuatan

dengan ketebalan antara 200-250 mikron baik

digester permanen ini sangat memerlukan

untuk

penanganan yang sangat hati-hati dan teliti

Bentuknya silinder yang memanjang dan

terutama ruang penampung gas. Kesalahan sedikit

pada

saat

membangun,

misalnya

terdapat lubang kecil pada dinding penampung gas, hal ini dapat menyebabkan kebocoran dan gas akan terbuang terus menerus sehingga dapat dikatakan gagal. 2.) Digester dengan Drum (Floating Roof Digester)

digester

maupun

penampung

gas.

dipasang secara horisontal di dalam bak dinding dalam tanah. Penampung gas dipasang pada posisi yang lebih tinggi untuk menjaga keamanan. Kapasitas tampungnya dapat dibuat bermacam-macam ukuran sesuai kebutuhan yang diinginkan. Digester sederhana ini sering digunakan untuk sarana pengolah biogas skala

Mengapung

Digester jenis ini cara kerjanya seperti digester jenis fixed dome dan konstruksi dindingnya juga menggunakan bahan dari batu bata, batu kali atau beton dan konstruksi penampung gasnya terpisah dari digester.

kecil/rumah tangga dengan kapasitas digester 5 m3. Pengembangan digester sederhana menjadi digester sistem CoLAR Pengembangan menjadi

digester

digester model

sederhana

CoLAR

untuk

pengolahan limbah cair industri tapioka sebagai

ISSN 1978 - 2365


unit penghasil biogas terdapat beberapa faktor penting yang harus dijadikan acuan

untuk

perancangan sebagai berikut : 1). Kapasitas produksi harian bahan baku singkong olahan. 2). Penghitungan kapasitas produksi limbah cair sebagai bahan baku pengisian dengan menggunakan persamaan :

Gambar 1 . Pengukuran tekanan biogas dengan pipa U P = ρ x g x h .......................................(4)

Kap.Limbah = Koef. x Jml bahan ..... (1)

ρ

: massa jenis air, kg/m3

hidrolik

g

: gravitasi bumi, m/s2

(Hidraulic Retention Time) yang yang

h

: tinggi permukaan air, m

3). Penentuan

waktu

tinggal

dimana

P1 = P2 ................................................(5)

optimal untuk proses fermentasi. 4). Penghitungan kapasitas digester dengan

dimana

P1 : tekanan biogas P2 : tekanan air yang diakibatkan

menggunakan persamaan berikut :

oleh tekanan udara dan tekanan air Vdig = WTH x Kap. limbah ........... (2)

5).

Vdig

:

Volume digester

WTH

:

Waktu Tinggal Hidrolik

Penghitungan digetser

kapasitas

volume

Pbiogas = Pudara + ρ x g x h ........................(6) Sehingga tekanan biogas, berdasarkan Gambar

total

dan ruang penyimpanan gas

menurut Meynell (4) adalah :

1. dapat dicari dengan persamaan: Pbiogas = Pudara + ρ x g x (2X) ............. (7) Uji Kinerja Bioreaktor CoLAR

Vt = Vdig + 20 % Vt.

Pada

Vt - 20 % Vt = Vdig

sistem

instalasi

pembuatan

80 % Vt = Vdig

biogas, kemampuan bioreaktor sebagai

Vt = Vdig / 80 % ...............................(3)

tempat berlangsungnya proses degradasi

6). Pengaturan tekanan pada sistem instalasi

bahan organik untuk menghasilkan biogas

biogas dengan menggunakan manometer

menjadi faktor

air menurut

kinerjanya

perhitungan yang telah

dilakukan oleh Sears and Zemansky adalah sebagai berikut :

[5]

penting yang perlu diuji

secara

seksama.

Ketepatan

dalam melakukan rancang bangun dan kualitas pemasangan konstruksi sangat menentukan kinerja dari digester biogas. Konstruksi yang salah dapat menyebabkan digester tidak dapat bekerja dengan baik, akibatnya produksi biogas tidak akan


14


optimal.

Untuk

mengetahui

19

apakah

Lampung, memungkinkan pembinaan teknis

bioreaktor sistem CoLAR tersebut dapat

dan pengendalian operasional dapat dilakukan

berfungsi dengan baik, maka dilakukan uji

secara mudah.

terhadap kinerja bioreaktor.

Penentuan Jenis Reaktor/Digester

Beberapa parameter uji yang ditentukan dapat

dijadikan

indikator

kinerja

Teknologi pembuatan digester biogas dari tahun ke tahun telah banyak mengalami

bioreaktor, antara lain pH, suhu, laju

perkembangan

produksi gas serta parameter lain melalui

digester konstrukasi permanen, semi permanen

uji laboratorium seperti Total Chemical

maupun sederhana.

Oxygen Demand (T-COD) dan kualitas

Dari 3 jenis model konstruksi digester biogas

biogas.

tersebut, jenis digester konstruksi sederhana yang

dan

modifikasi,

dikembangkan

baik

menjadi

tipe

digester/

bioreaktor sistem CoLAR. Pemilihan jenis

HASIL DAN PEMBAHASAN

digester konstruksi sederhana ini didasarkan

Penentuan Lokasi

atas kebutuhan ukuran reaktor dengan daya

Berdasarkan

hasil

survei

lapangan,

tampung limbah yang besar hingga ribuan

penelusuran data potensi serta hasil diskusi

meter kubik,

dengan nara sumber dari Lembaga Penelitian

konstruksi,

Universitas Lampung, telah ditetapkan lokasi

perawatannya, serta mudah pengoperasiannya.

pembangunan unit instalasi pengolahan limbah

Berdasarkan hasil kajian teknis dari berbagai

industri tapioka menjadi biogas di Industri

literatur dan informasi serta hasil survei potensi

Tepung Tapioka Rakyat (ITTARA)

PD

lapangan dan diskusi dengan nara sumber,

Semangat Jaya, Desa Bangun Sari, Kecamatan

dapat ditentukan perancangan teknis bioreaktor

Negeri Katon, Kabupaten Pesawaran Propinsi

sistem CoLAR sebagai sarana pengolahan

Lampung. Dasar peretimbangan pemilihan

limbah

lokasi tersebut

menghasilkan biogas.

adalah bahwa PD Semangat

Jaya memiliki kapasitas produksi tapioka yang kontinyu, didukung dengan kelembagaan yang berpengalaman, jumlah SDM yang memadai,

kemudahan dalam pembuatan biaya

cair

relatif

industri

murah,

tapioka

mudah

untuk

Perancangan Reaktor CoLAR Penghitungan Kapasitas Limbah

memiliki lahan yang cukup luas, melakukan

Limbah cair industri tapioka merupakan

usaha agroindustri secara terpadu (tapioka,

bahan baku utama untuk pembuatan biogas.

peternakan sapi, jagung, coklat, singkong dsb.).

Kegiatan perekayasaan/rancang bangun reaktor

Selain

atas

CoLAR diawali dengan penghitungan kapasitas

pertimbangan kesediaan PD Semangat Jaya

limbah harian yang dihasilkan. Berdasarkan

yang sanggup mengelola secara kontinyu.

identifikasi kemampuan produksi tapioka, PD

Lokasinya

Semangat Jaya memiliki kapasitas produksi

itu

pemilihan

lokasi

juga

yang tidak jauh dari Bandar

ISSN 1978 - 2365


rata-rata sekitar 30 ton singkong per hari.

berpengaruh

Penggunaan air untuk proses produksi tapioka

Beberapa hasil penelitian menunjukkan bahwa

antara

pemarutan,

waktu tinggal hidrolik yang optimal untuk

ekstraksi dan pengendapan/ pemisahan yang

proses fermentasi limbah cair tapioka adalah

selanjutnya akan menjadi limbah cair.

20-40 hari

lain

untuk

pencucian,

Kapasitas limbah cair yang dihasilkan pada industri tapioka dapat mencapai sekitar 45 m3/ton ubi kayu. Berdasarkan data tersebut untuk menghitung kapasitas limbah ditentukan koefisien limbah sebesar 4,80 liter/kg singkong, sehingga kapasitas limbah cair dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (1) sebagai Kap.Limbah = Koef. x Jml. bahan olahan. = 4,8 liter/kg x 30.000 kg/hari

dan hasil penelitian skala

yang optimal adalah 20 hari [6]. Untuk membuat rancang bangun reaktor sistem CoLAR dengan memperhitungkan parameter laju alir limbah sebagai bahan isian dan waktu tinggal hidrolik (WTH) untuk proses fermentasi yang

optimal.

Perancangan

Dengan diketahuinya kapasitas limbah cair dihasilkan

setiap

harinya,

untuk

selanjutnya limbah tersebut akan menjadi bahan isian reaktor/digester dengan laju alir sebanyak 144 m3/hari secara kontinyu.

faktor

penting

yang

sangat

menentukan terhadap keberhasilan produksi karena

akan

mempengaruhi

laju

pembebanan dan konsentrasi air limbah di dalam bioreaktor. Lamanya waktu tinggal hidrolik

juga

menentukan

terjadinya

peningkatan konsentrasi mikroorganisme di dalam bioreaktor. Keberhasilan lama kontak antara mikroorganisme dan bahan organik air

limbah

serta

20 % dari volume total digester. Penentuan ruang

penampung

gas

20

%

kondisi

kolam anaerobik diketahui bahwa setiap ton ubikayu menghasilkan sekitar 24,4 m3 biogas [1]. Mengacu

pada

angka

hasil

pengukuran

produksi biogas tersebut, maka volume total digester (Vt) yang dibutuhkan untuk proses dihitung dengan menggunakan persamaan (2)

Waktu tinggal hidraulik air limbah merupakan

yang dihasilkan dari proses fermentsi sebesar

degradasi bahan organik dalam limbah dapat

Penentuan Dimensi Reaktor CoLAR

proses

fermentasi seperti pH dan temperatur, sangat

dan (3) sebagai berikut : Vdig = WTH x Kap. limbah Vdig = 20 hari x 144 m3/hari Vdig = 2.880 m3 Vt = Vdig + 20 % Vt. Vt - 20 % Vt = Vdig 80 % Vt = Vdig Vt = Vdig / 80 % → 2.880 x 1,25 Vt = 3.600 m3 Dengan diketahuinya volume total digester/ reaktor

3.600

m3

maka

dimensi

yang

dibutuhkan untuk pembuatan digester CoLAR adalah 30 m x 20 m x 6 m = 3600 m3.


14

desain

berdasarkan hasil pengukuran emissi gas di

= 144 m3/hari

dalam

biogas.

laboratorium dilaporkan waktu tinggal hidrolik

kapasitas

= 144.000 liter/hari

biogas,

[2, 3, 4, 5 ]

produksi

memperhitungkan pula ruang penampung gas

berikut :

yang

terhadap

Rekayasa dan Uji Kinerja Reaktor Biogas Sistem Colar Pada Pengolahan Limbah Cair Industri Tapioka Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR)

Pompa resirkulas i

COVER HDPE

Pipa Bak inlet kontrol inlet

21

Timbunan tanah

Bak kontrol outlet

Pipa outet

GAS STORAGE

Pipa outlet

1,5 m

1,5 m

2m

2 m

Air limbah

6m

80 cm

`

30 m Penampang Samping Dinding Cover Lagoon Anaerobic Reactor

Redesain

Gambar 2. Desain bioreaktor CoLAR Gambar 4. Manometer air Penentuan tinggi (h) 80 cm tujuannya adalah untuk mendapatkan tekanan yang bekerja pada sistem instalasi berada pada tekanan rendah sehingga biogas aman pada saat digunakan. Besarnya tekanan yang bekerja pada sistem instalasi biogas tersebut sebagai berikut : Pbiogas = Pudara + ρ x g x (2X) Gambar 3. Bioreaktor CoLAR

= 1atm + 1000 kg/m3 x 10 m/det2 x 2 (0,8 m) = 1 atm + 16000 N/m2

Pengaturan Tekanan

= 1 atm + 16000 Pa Proses

fermentasi

anaerobik

senantiasa

menghasilkan biogas secara terus menerus. Produksi

gas

yang

terakumulasi

arah. Agar biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar diperlukan upaya pengaturan tekanan pada sistem instalasi. Tekanan gas dikontrol dengan manometer air pada level air manometer

80 cm. air

berfungsi

Pada sistem ini sebagai

kelep

pengaman tekanan (safety valve) dan sebagai perangkap air (water trap).

= 1,16 atm

akan

menimbulkan tekanan yang menuju ke segala

(h) setinggai

= 1 atm + 0,1579 atm

Uji Kinerja Reaktor CoLAR Kegiatan uji kinerja bioreaktor yang dilakukan berdasarkan beberapa parameter yang berpengaruh terhadap proses fermentasi seperti temperatur, derajat keasaman (pH), Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) dan konsentrasi metana. Temperatur Suhu penting optimasi

merupakan

yang

salah

menentukan

produksi

satu

faktor

keberhasilan

biogas, karena dapat

mempengaruhi aktifitas mikroorganisme yang

ISSN 1978 - 2365


akan mendegradasi bahan organik. Suhu juga

posisi inlet (5,2 – 5,7 ) terjadi karena air limbah

akan mempengaruhi proses anaerobik, dimana

telah mengalami dekomposisi awal yang belum

peningkatan suhu akan meningkatkan laju

sempurna,

pertumbuhan

spesifik berbagai jenis bakteri

organik yang menyebabkan konsentrasi asam

dalam daerah yang sempit. Peningkatan laju

meningkat. Pada tahap asidifikasi ini senyawa-

pertumbuhan

meningkatkan

senyawa monomer akan diurai kembali menjadi

jumlah mikroorganisme dan selanjutnya akan

asam-asam organik oleh bakteri asetogenik.

meningkatkan laju dekomposisi air limbah

Produk utama dari proses dekomposisi tahap

menjadi biogas. Hasil pengukuran terhadap

asidifikasi ini adalah asam asetat, asam

suhu air limbah menunjukkan bahwa proses

propionat dan asam laktat yang merupakan

fermentasi anaerobik terjadi pada rentang suhu

produk akhir dari proses asidifikasi. Proses

spesifik

akan

0

yaitu proses

asidifikasi bahan

26 - 28 C. Pada kondisi rentang suhu tersebut

asidifikasi berlangsung dalam waktu yang

diduga proses fermentasi telah dapat berjalan

singkat akibat dari meningkatnya laju alir

dengan baik karena berada pada kondisi suhu

penambahan bahan organik (COD) dalam air

mesofilik.

penelitian

limbah. Hal inilah yang menyebabkan pH air

menyatakan bahwa suhu mesofilik untuk proses

limbah pada awalnya mengalami penurunan.

fermentasi adalah 25 – 40 0C dan kondisi

Kondisi pH berangsur-angsur akan mengalami

Beberapa

hasil

[3, 7]

kenaikan mendekati posisi pH netral sejalan

Peningkatan suhu dalam reaktor di lapangan

dengan bertambahnya waktu tinggal hidrolik

tidak

sehingga proses dekomposisi berjalan optimal.

optimum terjadi pada suhu dilakukan

karena

30–35 0C.

penerapannya

memerlukan energi yang besar dan biaya yang

Kondisi pH mendekati netral ini sangat

mahal. Penggunaan suhu ruang di daerah tropis

dibutuhkan kelompok bakteri metanogenik

juga diketahui telah mampu menghasilkan

untuk

biogas dengan cukup baik.

menjadi asam asetat, methana (CH4) dan gas-

mendegradasi

asam-asam

organik

gas lain. Hasil pengukuran terhadap pH pada

Derajat Keasaman (pH) Derajat Keasaman (pH) mempunyai

posisi outlet dari bioreaktor menunjukkan pH

peranan penting dalam proses fermentasi

sekitar 6,8 - 7,2. Kondisi pH pada kisaran

anaerobik. Kondisi pH sangat mempengaruhi

tersebut diduga proses fermentasi anaerob

aktivitas

mendekomposisi

dapat berjalan dengan baik untuk produksi

bahan organik untuk menghasilkan gas metana.

biogas. Proses fermentasi anaerobik dapat

Berdasarkan hasil pengamatan terhadap pH air

berlangsung dengan baik pada pH sekitar 7,0

limbah industri tapioka diketahui rata-rata pH

dengan

air limbah berkisar antara

5,2 – 5,7 pada

Sedangkan efektivitas kinerja suatu digester

posisi inlet dan 6,8 - 7,2 pada posisi outlet dari

paling tinggi terjadi pada pH 7,0 dan nilai pH

bioreaktor. Rendahnya nilai pH air limbah pada

yang mendekati nilai pH netral merupakan

mikroorganisme

pH

optimumnya

adalah


14

7,0–7,2.

23


kondisi optimum bagi bakteri metanogenik dalam menghasilkan gas metana

[2]

mengindikasikan

penerapan reaktor CoLAR ini memungkinkan terjadinya proses fermentasi anaerob dapat berlangsung dengan baik. Hal ini ditandai dengan terjadinya laju penyisihan COD (CODlimbah.

Hasil

dapat

Besarnya laju penyisihan COD (T-COD

Kondisi suhu dan pH air limbah pada

air

bioreaktor

bekerja dengan baik.

.

Total Chemical Oxygen Demand

removal)

sistem

pengukuran

terhadap nilai rata-rata Total Chemical Oxygen Demand (T-COD) limbah segar adalah 9.011 mg/liter dan setelah limbah mengalami proses fermentasi nilai T-COD turun menjadi 2.680 mg/liter. Hasil penerapan dan uji kinerja bioreaktor CoLAR ini juga menunjukkan bahwa, sistem bioreaktor mampu mendegradasi bahan organik dengan rata-rata laju penyisihan T-COD sebesar 6.331 mg COD/liter atau 0,317 gr COD/Liter/hari atau 949,6 kg COD/150 m3/hari dengan persentase laju penyisihan sebesar 70,3 %.

removal) adalah kemampuan sistem bioreaktor dalam mendekomposisi bahan organik (COD) dalam satuan waktu tertentu. Parameter ini dapat dijadikan sebagai salah satu indikator kinerja

sistem

bioreaktor

pada

proses

fermentasi anaerobik. Hasil laju penyisihan TCOD

yang

diperoleh

dalam uji

kinerja

bioreaktor CoLAR tersebut lebih rendah bila dibandingkan

dengan

hasil

penelitian

sebelumnya skala laboratium dengan waktu tinggal hidrolik yang sama (20 hari), yaitu sebesar

0,430

gr

COD/Liter/hari

dengan

persentase sebesar 82,4 %. Perbedaan hasil TCOD yang diperoleh tersebut diduga bahwa pada penelitian skala laboratorium beberapa faktor yang berpengaruh seperti suhu, pH, pengadukan (resirkulasi), dan kondisi reaktor lebih mudah dikendalikan dibanding skala pilot plant di lapangan.

TOTAL COD (T-COD)

Produksi Biogas

10000

T- CO D (mg /L )

9000 8000 7000

Selama proses fermentasi berlangsung

6000 5000 4000

bahan organik yang terkandung dalam air

3000 2000

limbah mengalami proses dekomposisi secara

1000 15

20

25

30

35

40

45

50

Waktu Pengamatan (hari ke) Inlet

anaerobik dan akan menghasilkan biogas. Pada

Out let

Gambar 5. Rata-rata Penurunan Nilai T–COD Pada Gambar 5 tersebut terlihat bahwa hasil pengukuran terhadap Total COD mengalami penurunan secara signifikan sebesar 70,3 %. Menurunnya nilai T-COD menunjukkan bahwa telah terjadi penyisihan T-COD selama proses fermentasi

berlangsung.

Hal

ini

proses sintesa metana, setiap satu mol metana memerlukan dua mol oksigen untuk

dapat

dioksidasi menjadi CO2 dan H2O, akibatnya setiap

produksi

16

gram

metana

dapat

menurunkan COD air limbah sebanyak 64 gram, sehingga pada suhu dan tekanan standar setiap stabilisasi 1 kg COD dapat menghasilkan 0,35 m3 gas metana.[2] .

ISSN 1978 - 2365


Pada kegiatan uji kinerja bioreaktor

gas Nitrogen (N2) sebesar 6,5 % serta H2S

sistem CoLAR ini biogas yang dihasilkan

sebesar

diukur secara kontinue dengan menggunakan

konsentrasi gas metana sebesar 58,8 %,

gas flow meter yang dihubungkan dengan

diperkirakan rata-rata produksi metana sekitar

lubang pengeluaran gas pada bioreaktor.

285 m3/hari.

pengukuran

menunjukkan

terhadap

bahwa

produksi

bioreaktor

ppm.

gas

Dengan

diketahuinya

LAJU PRODUKSI BIOGAS

mampu

600

Produksi Biogas (m 3)

Hasil

605

menghasilkan rata-rata produksi biogas harian sebesar 485,4 m3/hari atau setiap m3 limbah 3

menghasilkan biogas sekitar 3,2 m . Rata-rata

500 400 300 200 100 0 15

20

25

30

35

40

45

50

Waktu Pengamatan (Hari ke)

produksi biogas tersebut jika dihitung dan dikorelasikan

terhadap

besarnya

laju

penyisihan COD maka diperoleh laju produksi

CH4

BIOGAS

Gambar 7. Produksi Biogas dan Metana (CH4)

biogas sebesar 0,51 m3 biogas/kg COD/hari

Biogas layak digunakan sebagai bahan bakar

atau perkiraan produksi metana sebesar 0,31

dan menghasilkan api berwarna biru apabila

m3 CH4/kg COD/hari.

kadar

gas

metana

minimal

50

%

[11]

.

Konsentrasi gas metana hasil uji kinerja reaktor CoLAR ini sebesar 58,8 % cenderung dapat memenuhi syarat untuk dapat dibakar, sehingga dapat

digunakan

sebagai

sumber

energi

alternatif. Gambar 6. Reaktor CoLAR terpasang. energi

terbarukan

mensyaratkan

memiliki

kandungan gas metana dengan konsentrasi

Konsentrasi Biogas (%)

Pemanfaatan biogas sebagai sumber

Komposisi Biogas 70.0

yang tinggi, karena gas metana inilah yang

60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Waktu pengamatan (hari ke)

akan menjadi bahan bakar karena bersifat

N2

mudah terbakar. Untuk mengetahui komposisi

CH4

CO2

Gambar 8. Komposisi Biogas

biogas yang dihasilkan oleh reaktor CoLAR, dilakukan pengukuran konsentrasi gas metana. Berdasarkan hasil uji laboratorium terhadap komposisi

biogas

diperoleh

rata-rata

konsentrasi metana sebesar 58,8 % dengan sebaran antara 54 % - 62 %. Selain metana juga terdeteksi pula gas Karbondioksida (CO2) dengan rata-rata konsentrasi sebesar 30.2 %,

Pada Gambar 8 nampak bahwa konsentrasi gas metana yang dihasilkan lebih tinggi bila dibandingkan dengan konsentrasi gas karbon dioksida dan nitrogen. Hal ini menunjukkan bahwa

proses

metanogenesis

berlangsung dengan baik di dalam sistem bioreaktor anaerobik (CoLAR) tersebut.


14

dapat


25

KESIMPULAN DAN SARAN

Saran

Berdasarkan hasil kegiatan kerekayasaan dan

a. Teknologi pengolahan limbah cair industri

uji kinerja bioreaktor sistem CoLAR dapat

pangan menjadi biogas perlu dilakukan

ditarik kesimpulan dan saran sebagai berikut :

kajian keekonomian secara detail dan menyeluruh terhadap aspek teknis maupun

Kesimpulan

non

a. Kegiatan Rancang bangun Cover Lagoon

dikembangkan lebih lanjut kearah skala

Anaerobic

Reactor

(CoLAR)

pada

pengolahan limbah cair industri tapioka

teknis

sehingga

hasilnya

dapat

komersial. b. Teknologi pengolahan limbah cair industri

teknologi

tapioka menjadi biogas dapat dijadikan

produksi biogas. Kapasitas limbah cair

suatu percontohan teknologi yang dapat

dapat

diterapkan

sebagai 3

yang dihasilkan sebesar 150 m per hari

diimplementasikan pada industri pangan

dapat

oleh

lainnya seperti industri tahu, tempe, kelapa

bioreaktor CoLAR kapasitas 3.600 m3

sawit, mie, industri penggemukan sapi dan

dengan waktu tinggal hidrolik selama 20

lain sebagainya.

ditampung

dan

terproses

hari. b. Sistem bioreaktor Cover Lagoon Anaerobic Reactor (CoLAR) yang diterapkan dapat bekerja dengan baik. Hal ini ditandai dengan menurunnya nilai rata-rata Total Chemical

Oxygen

Demand

(T-COD)

sebesar 70,3 %, yaitu dari 9.011 mg/liter turun menjadi 2.680 mg/liter atau sebesar 0,317 gr COD/Liter/hari atau 949,6 kg COD/150 m3/hari. c. Sistem bioreaktor mampu menghasilkan rata-rata produksi biogas sebesar 485,4 m3/hari dengan kandungan metana sekitar 58,8 %. d. Konsentrasi metana (CH4) dalam biogas sebesar 58,8 %, secara teknis dapat digunakan alaternatif.

sebagai

sumber

energi

DAFTAR ACUAN [1] Hasanudin, U. 2006. Present Status and Possibility of Biomass Effective Used in Indonesia. Proceeding. Seminar on Sustainable Sosiety Achievement by Biomass Effective Used. EBARA Hatakeyana Memorial Fund, Jakarta. [2] Hasanudin, U. 2007. Methane Production from Agroindustry Wastewater. Workshops on Commercialization of Renewable Energy Recovery from Agroindustrial WastewaterUniversity of Lampung, Bandar Lampung. [3] Omer, A. M., and Y. Fadalla. 2003. Biogas Energy Technology in Sudan. Journal of Renewable Energy, 28: 499 – 507. [4] Converti, A., A. D. Borghi., and M. Zilli, S. 1999. Anaerobic Digestion of The Vegetable Fraction of Municipal Refuses: Mesophilic Versus Thermophilic Conditions. Journal of Bioprocess Enginering. 21 : 371 – 376. [5] Garcelon, J., and Clark, J. 2005. Waste Digester Design. Civil Engineering Laboratory Agenda. University of Florida. http://www.ce.ufl.edu/activities/waste/wdd ins.html.


[6] Isdiyanto, R. dan Udin Hasanudin.2009. Pengaruh Waktu Tinggal Hidrolik Terhadap Produksi Biogas. Majalah Ketenagalistrikan dan Energi Terbarukan. Vol. 8. No. 2. Desember 2009. hal. 82-90. [7] Wise, D. L., P. L. Alfred, and A. S. Mostafa. 2000. A large-scale Biogestion of Diary and Pig Manure: Start Up Procedure of Batch, Fed-batch and CSTR-type Digesters. Journal of Bioprocess Wastes, 26: 15 – 31. [8] Hammad, M., D. Tahboub. 1999. Organic Waste to Energy Conversion 40 : 1463 – 1475.

Badarneh, and K. Evaluating Variable Produce Methane. and Managements.


14

ISSN 1978 - 2365

REKAYASA DAN UJI KINERJA REAKTOR BIOGAS SISTEM COLAR PADA PENGOLAHAN LIMBAH CAIR INDUSTRI TAPIOKA

Recommend Documents